اگر درباره «چاپگرهای سه‌بعدی ایرانی» صحبت بشود شرکت دانش‌بنیان «نورا لایه‌نگار»، مطمئناً یکی از شرکت‌هایی است که نامش به میان می‌آید.
این شرکت که در سال ۱۳۹۲ با هدف تجاری‌سازی فناوری ساخت افزودنی به کمک لیزر در شهرک علمی و تحقیقاتی اصفهان تأسیس شده، نخستین سازنده چاپگر سه‌بعدی فلزی (SLM) در کشور است که ساخت آن تا پیش از این تنها در انحصار چهار کشور آمریکا، انگلیس، آلمان و فرانسه بود و به‌دلیل تحریم‌ها، واردات این تجهیزات امکان‌پذیر نیست.
چطور متولد شد؟
شرکت «نورا لایه‌نگار» از دانش و تجارب بین‌المللی مؤسسان این شرکت در دانشگاه‌ها و شرکت‌های اروپایی و آمریکایی بهره می‌برد و طی سال‌ها فعالیتش توانسته است نخبگان رشته‌های مهندسی مکانیک، مواد، الکترونیک و مکاترونیک را جذب کرده و از توان و استعداد آن‌ها برای ایجاد یکی از پیشرفته‌ترین شرکت‌ها در حوزه فناوری ساخت افزودنی استفاده کند.
چاپگرهای SLM
آن‌ها در حوزه طراحی و تولید دستگاه چاپگر سه‌بعدی فلزی با فناوری SLM که مخفف عبارت Selective Laser Melting به معنای ذوب گزینشی با لیزر است، فعالیت می‌کنند و درواقع، این شرکت سازنده اولین دستگاه‌های چاپگر سه‌بعدی فلـزی با استفاده از فناوری SLM در ایران است.
سیستم‌های پوشش‌دهی لیزری با فناوری DMD
دیگر زمینه فعالیت این شرکت طراحی و تولید سیستم‌های پوشش‌دهی لیزری با فناوری DMD است. Direct Metal Deposition به معنای رسوب مستقیم فلز است.
فرآیند رسوب مستقیم فلز به کمک لیزر، روشی نوین است که در صنایع بزرگی چون هواپیماسازی، خودروسازی، کشتی‌سازی و صنایع نظامی کاربرد دارد.
این فرآیند به‌وسیله تابش اشعه لیزر به سطح و پاشش همزمان پودر، موجب ذوب زیرلایه شده و با ورود پودر به حوضچه مذاب و سرعت بالای خنک‌شدن آن، مسیری منجمدشده از فلز را ایجاد می‌کند. ساخت قطعات سه‌بعدی، تعمیر، بازسازی و پوشش‌دهی سطوح از کاربردهای این روش است.
چاپگر سه‌بعدی لیزری با فناوری SLS
طراحی و تولید دستگاه چاپگر سه‌بعدی لیزری با فناوری SLSهم از دستاوردهای دیگر این شرکت به شمار می‌آید. این فناوری به معنای پخت گزینشی با لیزر (Selective Laser Sintering) است. در این روش، با استفاده از یک لیزر به‌عنوان منبع انرژی، مواد پودری مانند نایلونیا پلی‌آمید را می‌پزند و به هم متصل می‌کنند.
با این حال، نورا در زمینه خدمات ساخت قطعات فلزی و پلیمری و خدمات مهندسی پزشکی بر پایه فناوری چاپگرهای سه‌بعدی هم فعالیت می‌کند.
کاربرد چاپگرهای سه‌بعدی فلزی در پزشکی
چاپگرهای سه‌بعدی فلزی ساخت شرکت «نورا» برای کمک به گستره وسیعی از بیماران ازجمله بیماران تروما (ضربه خورده)، بیماران سرطانی که دارای نواقصی در بافت استخوانی خود هستند و بیمارانی که به‌صورت مادرزادی با نواقص استخوانی متولد شده‌اند، مورد استفاده قرار می‌گیرد. همچنین می‌توان از چاپگرهای سه‌بعدی در ساخت راهنماهای برشی و وسایل کمک جراحی استفاده کرد.
تاییدیه سازمان غذا و داروی آمریکا
بیش از ۲۰ نوع متفاوت از ایمپلنت‌های استخوانی ساخته‌شده با این روش به تایید سازمان غذا و داروی ایالات‌متحده آمریکا (FDA) رسیده است که ازجمله این پروتزها، می‌توان به پروتزهای زانو، ران، جمجمه و صورت، ستون فقرات و ایمپلنت‌های دندانی اشاره کرد که هرکدام باتوجه‌به نوع کاربرد از مواد و روش‌های گوناگون ساخته می‌شوند.
به‌عنوان‌مثال، پروتزهای استابولار (Hip Cup)، در بیش از ۵۰هزار بیمار مورد استفاده قرار گرفته است.
انقلاب در صنایع هوافضا
یکی از کاربردهای مهم چاپگر سه‌بعدی فلزی، تولید قطعات موردنیاز در صنعت هوافضاست. این قابلیت به کشور ما که در شرایط تحریم قرار دارد کمک قابل‌توجهی می‌کند.
شرکت نورا با تولید این نوع چاپگرها، وابستگی به کشورهای غربی را تا حد زیادی کاهش داده است. آلیاژهای متعدد مورداستفاده در این صنعت همراه با پیچیدگی زیاد قطعات موجب شده روش SLM به‌عنوان یک جایگزین مناسب برای تولید قطعات هوایی محسوب شود.
از سوی دیگر، نیاز به سبک‌سازی و حذف مراحل متعدد مونتاژ از طریق یکپارچه‌سازی قطعات، نیاز دیگری است که فناوری پرینت سه‌بعدی فلزی SLM به‌خوبی از عهده آن برمی‌آید.
به‌دلیل امکان تولید قطعات با طیف متنوعی از آلیاژها، ازجمله آلیاژهای فولادی، سوپرآلیاژهای پایه نیکل و همچنین آلیاژهای پایه تیتانیوم، کبالت و آلومینیم، چاپگرهای سه‌بعدی فلزی SLM جایگزین بسیار مناسبی برای فرآیندهای ساخت و تولید سنتی به شمار می‌آیند.
اکنون شرکت‌های بزرگ فعال در حوزه هوافضا، با دراختیارگرفتن این فناوری، گام‌های بلندی در زمینه کاهش هزینه‌های تولید و افزایش بهره‌وری برداشته‌اند.
نقش چاپگرهای سه‌بعدی فلزی در حوزه انرژی
یکی از کاربردهای چاپگر سه‌بعدی فلزی که «نورا» تولید کرده استفاده، از آن‌ها برای ساخت قطعات موردنیاز در بخش انرژی است.
از مهم‌ترین کاربردهای پرینت سه‌بعدی فلزی در بخش انرژی، می‌توان به استفاده از آن برای ساخت قطعات توربین‌های بخار یا گاز و همچنین کمپرسورها اشاره کرد. به‌منظور افزایش بازده توربین‌ها، نیاز به قطعاتی با هندسه پیچیده است. همچنین از مواد خاص باید برای ساخت آن‌ها استفاده شود. ساخت قطعات پیچیده با موادی مانند آلیاژهای برپایه نیکل با روش‌های سنتی فرآیند بسیار پیچیده‌ای است. استفاده از چاپگر سه‌بعدی فلزی در این موارد می‌تواند جایگزین بسیار مناسبی برای روش‌های رایج و سنتی باشد.
کاربرد چاپگرهای سه‌بعدی فلزی در قطعه‌سازی
قطعه‌سازی از صنایعی است که تقریباً همه صنایع به شکلی به آن وابسته‌اند. شرکت نورا تاکنون توانسته قطعات متعددی برای صنایع مختلف تولید کند یا امکان تولید قطعه توسط تولیدکنندگان را فراهم کند. بااین‌حال، چاپگرهای سه‌بعدی فلزی، زمانی برای ساخت قطعات صنعتی مورد استفاده قرار می‌گیرند که یکی از شرایط زیر وجود داشته باشد.
میزان تولید، کم یا در حد متوسط باشد، قطعه یا قطعات آسیب‌دیده، در تجهیزات و ماشین‌آلات صنعتی به ترمیم یا جایگزین‌شدن نیاز داشته باشند، به‌دلیل پیچیدگی زیاد هندسی، ساخت قطعه با روش‌های متداول تولیدی یا توجیه اقتصادی نداشته باشد یا اساساً ازلحاظ فنی امکان‌پذیر نباشد.
مزایای متعددی همچون سهولت و انعطاف‌پذیری در طراحی قطعات، تولید مبتنی بر تقاضای مصرف‌کننده، دقت بالای ساخت حتی در اشکال هندسی پیچیده، استحکام و عمر مفید بالا، کاهش هزینه‌های تولید، کاهش زمان تولید و همچنین کاهش ضایعات تولیدی، ازجمله مهم‌ترین دلایل گسترش و همه‌گیرشدن استفاده از این فناوری در صنعت قطعه‌سازی است.
آنچه تولید شده است
شرکت «نورا لایه‌نگار» آن‌طورکه در سایت خود اشاره کرده، دو مدل دستگاه چاپ سه‌بعدی تولید کرده است که تولیدکنندگان می‌توانند از این چاپگرها استفاده کنند.
چاپگر M300 کاربرد گسترده‌ای در تولید قطعات صنعتی در حوزه صنایع نیروگاهی، خودروسازی، نفت، گاز، پتروشیمی و صنایع غذایی دارد.
این شرکت همچنین چاپگر دیگری به نام M120 معرفی کرده که در تولید پروتزهای پزشکی، ایمپلنت‌های دندانی و قطعات صنعتی کاربرد دارد. از ویژگی‌های این دستگاه، قابلیت پایش بستر پودر، کنترل فرآیند از راه دور و قابلیت نصب ماژول فیلتراسیون دایمی است. این دستگاه در دو مدل صنعتی و پزشکی ارایه شده است.
با این حال، به نظر می‌رسد این شرکت چاپگرهای دیگری هم دارد که در سایت به آن اشاره نشده است.
تولید پودر فلز، نیاز کلیدی کشور
اما یکی از ملزومات چاپگرهای سه‌بعدی، مواد اولیه تولید قطعات است. «نورا لایه‌نگار» خود را به‌عنوان تامین‌کننده پودرهای موردنیاز برای تولید قطعات معرفی کرده است. نیاز صنعت چاپ سه‌بعدی به پودر فلزات مختلف ازجمله آلیاژهای فولادی، سوپرآلیاژهای پایه نیکل، آلیاژهای کبالت، تیتانیوم، آلومینیم و شمار دیگری از فلزات پرکاربرد در فرآیندهای SLM و DMDبسیار اهمیت دارد؛ بنابراین، به‌منظور خودکفایی، لازم است که این مواد در کشور به‌شکل گسترده تولید شود.
با این حال، اغلب پودرهای فلزی در محیط مرطوب و در معرض اکسیژن، کیفیت خود را از دست می‌دهند و برای نگهداری طولانی‌مدت عملاً قابل‌استفاده نیستند؛ بنابراین لازم است فضای محفظه نگهداری پودر برای شرایط نگهداری طولانی‌مدت آماده شود. به همین خاطر، شرکت نورا واحد آماده‌سازی محفظه پودر را طراحی کرده است که به کمک آن مخازن بزرگ و کوچک برای نگهداری پودر فلزی با اتمسفر گاز خنثی آماده‌سازی می‌شود.
تجهیزات تکمیلی
«نورا لایه‌نگار» دو محصول دیگر هم معرفی کرده که در فرآیند تکمیل فناوری چاپ سه‌بعدی اهمیت بسزایی دارند.
محصولی که با نام DMD Powder Feeder معرفی شده، برای پودرپاشی مورد استفاده قرار می‌گیرد. این ابزار دارای دو نوع تک و دو محفظه‌ای است که عملیات انتقال پیوسته و دقیق پودر فلزی به بخش پوشش‌دهی (head) را به عهده دارد. همچنین انتقال پودر ازسوی گاز حامل به‌صورت غیرتماسی به همراه قابلیت تنظیم با دقت بالا از ویژگی‌های دیگر آن به شمار می‌آید.
ابزار دیگر با عنوان DMD Cladding Head وظیفه متمرکزکردن پرتو لیزر و انتقال پودر به سطح زیر لایه را به عهده دارد. از ویژگی‌های این ابزار می‌توان به امکان نصب دوربین برای تصویربرداری در حین فرآیند و امکان تنظیم پهنای خط اثر روی سطح اشاره کرد.
همچنین محفظه ساخت حجم کوچک (Reduced Build Volume) نورا برای آن دسته از کاربران دستگاه‌های SLM طراحی شده است که به‌دنبال ساخت قطعات کوچک، توسعه مواد و انجام آزمایشهای پژوهشی هستند. با استفاده از این ابزار، تعویض بین مواد مختلف سریع‌تر انجام می‌شود و به پودر کمتری برای شروع فرآیند ساخت نیاز خواهد بود.
توسعه نرم‌افزار
با این اوصاف، وجود یک نرم‌افزار برای تکمیل این صنعت لازم است. به‌منظور بهره‌برداری مؤثر از چاپگرهای سه‌بعدی شرکت نورا و مدیریت بهینه عملیات ساخت در آن‌ها، این شرکت، نرم‌افزاری را توسعه داده که علاوه‌بر پایش و کنترل شاخص‌های فرآیند ساخت، قابلیت‌های دیگری ازجمله نمایش موقعیت میز ساخت و مقدار پودر موجود در مخزن دستگاه، ثبت لحظه‌ای شرایط درون محفظه ساخت در حین فرآیند و امکان توقف فرآیند ساخت و ادامه آن در زمان دیگر را دارد.
مزیت چاپگرهای ایرانی
– تکنولوژی SLM که از پودر آلیاژ به‌عنوان ماده اولیه و لیزر به‌عنوان ابزار ساخت استفاده می‌کند، امکان تولید قطعات با هر پیچیدگی را به‌طور مستقیم از فایل سه‌بعدی آن‌ها فراهم می‌کند.
در این روش، محصول فلزی نهایی با هرگونه پیچیدگی، مستقیماً بدون نیاز به عملیات ثانویه خاصی از فایل سه‌بعدی آن ساخته می‌شود. در این فرآیند، لیزر توان بالا برای ذوب پودر فلزی و آمیختن آن‌ها به هم استفاده می‌شود.
زمانی که یک لایه تشکیل می‌شود، یک لایه پودر جدید روی سطح ساخت گسترده می‌شود که ضخامت لایه‌ها از حداقل ۲۰ تا ۱۰۰ میکرون متفاوت است.
– از جمله موادی که در فرآیند مورد استفاده قرار می‌گیرند فولاد ابزار، فولاد زنگ‌نزن، کبالت کروم و تیتانیوم هستند. زمانی که مواد واکنش‌زا مانند تیتانیوم یا آلومینیوم مورد استفاده قرار می‌گیرند، میزان اکسیژن در محفظه مهروموم‌شده باید به حداقل برسد تا از اکسیدشدن ماده و نقص‌های بعدی جلوگیری کند. برای کاهش اکسیژن هم کافی است محفظه با گاز آرگون خلوص بالا پر شود.
این چاپگر برای ساخت قطعات موردنیاز صنایع نیروگاهی، هوافضا، خودرو، ساخت قالب‌های صنعتی، پزشکی و دندانپزشکی قابل‌استفاده است، این دستگاه همچنین در زمینه تحقیقات در حوزه علوم مهندسی مکانیک و متالورژی نیز قابلیت‌های متعددی دارد.
«نورا لایه‌نگار» در نمایشگاه پیشگامان پیشرفت
در روزهای آغازین بهمن‌ماه، رویداد ملّی توانمندی‌ها و دستاوردهای بخش خصوصی با عنوان «پیشگامان پیشرفت» برگزار شد که مسئولان مختلفی از آن بازدید کردند. شرکت نورا یکی از شرکت‌کنندگان این رویداد بود که موردتوجه مسئولان کشور قرار گرفت و فیلم توضیحات مدیر آن برای مقام معظم رهبری پر بازدید شد.
مسئول غرفه با اشاره به یک دستگاه گفت: این‌ها چاپگرهای سه‌بعدی فلزی هستند که در حوزه‌های مختلف کاربرد دارند و می‌توانند به‌طور مستقیم فایل را به قطعه موردنظر تبدیل کنند.
این چاپگرها در حوزه‌های انرژی، هوایی و پزشکی کاربرد دارند.
او در پاسخ به مقام معظم رهبری که پرسیدند این قطعه چیست؟ گفت: این نوعی توربین گازی است که در تولید برق کاربرد دارد. این قطعه به‌صورت چاپ سه‌بعدی مستقیماً پرینت‌شده و عمر مفید آن چهار برابر قطعه‌های مشابه است که به‌صورت معمول ساخته می‌شود. مسئول غرفه درباره کاربرد چاپ سه‌بعدی در پزشکی و درمان هم گفت: تاکنون هزار بیمار با استفاده از این روش درمان شده‌اند. او با اشاره به این‌که ایران تنها تولیدکننده دستگاه‌های چاپ سه‌بعدی فلزی در منطقه است، ادامه می‌دهد: این چاپگرها متناسب با آناتومی هر بیمار می‌توانند قطعات فک، لگن یا کیج‌های ستون فقرات را تولید کنند.
دیدگاهتان را بنویسید