اگر اخیرا گزارش های ما را دنبال کرده اید، ممکن است قبلاً از 3DM آگاه باشید. این شرکت جوان اسرائیلی که اخیراً مهمان پادکست ما بود، با راه حل جدیدی وارد بازار AM شده است که می‌تواند فناوری‌های همجوشی بستر لیزری مبتنی بر پودر لیزر را مختل کند. چگونه؟ همه چیز به لیزر برمی گردد.
این شرکت نوع جدیدی از لیزر پرینت سه بعدی، به ویژه لیزر آبشاری کوانتومی (QCL) را توسعه داده است که می تواند برای طول موج های مختلف سازگار شود تا طیف وسیع تری از مواد ترموپلاستیک را در خود جای دهد، همگی در عین افزایش کیفیت و سرعت چاپ و کاهش هزینه ها. و این یک وعده دور نیست: فناوری 3DM محقق شده است و شرکت در حال حاضر در حال آماده سازی برای عرضه دو چاپگر سه بعدی خود است: یک سیستم فشرده حرفه ای مجهز به پیکربندی پرتو لیزری و یک چاپگر سه بعدی چهار پرتو لیزری بزرگتر. .
در آستانه معرفی اولین محصول خود، می‌خواهیم ببینیم که 3DM از کجا آمده است، فناوری آن چه توانایی‌هایی دارد و چه عمودی‌ها به دنبال بهره‌مندی از نوآوری LPBF هستند.
داستان منشا 3DM
به نظر می رسد جالب ترین فناوری ها همیشه فروتن ترین داستان ها را دارند. در مورد 3DM، بنیانگذار این شرکت، دانیل ماجر، اولین نمونه اولیه چاپگر لیزری خود را در اتاق خواب پسرش ساخت و از دو دست خود برای مونتاژ این فناوری استفاده کرد. از آنجا، نمونه اولیه تکامل یافت، سرمایه افزایش یافت و 3DM متولد شد.
البته، Majer دارای صلاحیت منحصر به فردی برای ارائه لیزر جدید و خلاقانه برای پلیمر AM مبتنی بر پودر بود. ماجر با مدرک دکترای فیزیک از موسسه علوم ویزمن در اسرائیل و بیش از 20 سال تجربه در زمینه فناوری پیشرفته، یک متخصص مشهور در فناوری الکترواپتیکی لیزر و نیمه هادی است. وی تا به امروز 40 مقاله علمی در مجلات معتبر به چاپ رسانده و دارای 30 پتنت آمریکا می باشد. ماجر علاوه بر دانش عمیق خود در زمینه توسعه لیزر، از سال 2012 با فناوری های چاپ سه بعدی نیز کار کرده است.
ماجر با استفاده از پیشینه و تخصص منحصر به فرد خود، 3DM را در سال 2016 با هدف ایجاد انقلابی در تولید افزودنی های پلیمری مبتنی بر پودر، که بیشتر با نام SLS یا LPBF شناخته می شود، تأسیس کرد. در سال 2021، این شرکت تجارت خود را در بورس اوراق بهادار تل آویو آغاز کرد و امروز 3DM با موفقیت از حالت مخفی کاری خارج شده است تا بتواند فناوری خود را راه اندازی کند و تجارت خود را گسترش دهد.
پیدا کردن طول موج مناسب
نیروی محرکه 3DM فناوری QCL (لیزر آبشاری کوانتومی) آن است. بر اساس گزارش ها، این لیزر کمی کوچکتر از اندازه یک دانه برنج است، یک لیزر نیمه هادی است که قادر به انتشار پرتوهای انرژی بالا است. زیبایی واقعی فناوری QCL این است که می توان آن را برای طول موج های مختلف طراحی کرد، به این معنی که می توان آن را تنظیم کرد تا خواص ذوب خاص ترموپلاستیک های مختلف را برآورده کند.
همانطور که Ido Eylon، مدیرعامل 3DM Digital Manufacturing در پادکست VoxelMatters به ما گفت: “ما طول موج های مختلف و جذب آنها در مواد مورد نظر را تجزیه و تحلیل می کنیم، بنابراین لیزری را به دست می آوریم که در مواد و مواد مورد نظر به بهترین شکل جذب می شود. به کارآمدترین روش ذوب می شود.»
این لیزر همچنین کم هزینه است – فقط ده ها دلار قیمت دارد – و می توان آن را در یک ماژول لیزر با اپتیک و الکترونیک اضافه کرد. سپس ماژول های لیزر در سر پرتو 3DM قرار می گیرند تا به نتایج چاپ بهینه دست یابند. این هد پرتو، که می تواند 1 تا 6 لیزر را در خود جای دهد، برای افزایش مزایای لیزر آبشاری کوانتومی و بهبود سرعت و نتایج چاپ طراحی شده است. 3DM همچنین هد چاپ خود را طراحی کرده است که “بر اساس مجموعه ای از پرتوهای لیزری است که به صورت موازی کار می کنند.”
تولید در راه است
در حالی که 3DM پیشنهاد کرده است که فناوری لیزر منحصر به فرد خود را می توان در پلت فرم های SLS موجود (با تنظیمات خاص) برای افزایش توان و کیفیت آنها نصب کرد، این شرکت همچنین در حال آماده شدن برای راه اندازی ماشین های خود است. در حالی که بسیاری از جزئیات در مورد محصولات هنوز در دست نیست، ما می توانیم آنچه را که می دانیم به اشتراک بگذاریم.
اولین محصول منتشر شده 3DM دو چاپگر سه بعدی درجه صنعتی خواهد بود. اولین مورد، یک سیستم حرفه‌ای فشرده‌تر و مجهز به پیکربندی تک لیزری خواهد بود که مزایای این فناوری را در مقیاس کوچکتر و با هزینه کمتر ارائه می‌کند. سیستم دوم یک ماشین بزرگتر با پیکربندی چهار لیزر خواهد بود. سیستم چند پرتوی هد سرعت چاپ سریعتر و توان عملیاتی بالاتر را برای رفع نیازهای برنامه های تولید سری امکان پذیر می کند.
هر دو ماشین بر اساس فناوری QCL اختصاصی این شرکت و همچنین پلت فرم مواد باز هستند. این بدان معنی است که آنها می توانند تقریباً هر ماده پلاستیکی را چاپ کنند. به گفته ایلون، این شرکت تقریباً تمام مواد SLS موجود (شامل PA، PP و TPU) را با موفقیت چاپ کرده است، اما از نظر تئوری می تواند هر ترموپلاستیک را به شکل پودر چاپ کند. (در این زمینه، این شرکت با تعدادی از توسعه دهندگان مواد شریک شده است.)
علاوه بر گستره وسیع‌تر مواد چاپ، سیستم‌های آینده 3DM مزایای دیگری از جمله خواص مکانیکی برتر و همسانگردی، سرعت چاپ سریعتر و وضوح بالاتر را برای کاربران باز می‌کنند. این مزایا نتیجه داشتن لیزری است که بر اساس خواص یک ماده خاص کالیبره شده است. همانطور که Eylon توضیح می دهد، طول موج منحصر به فرد اجازه می دهد تا سرعت ذوب و جذب انرژی مواد چاپی تا حد ممکن کارآمد باشد، که سرعت چاپ را تسریع می کند و خواص مکانیکی، وضوح و کیفیت پرداخت سطح را بهبود می بخشد.
ایلون توصیه می کند که در مورد توانایی لیزر نه به عنوان “پخت شدن” بلکه به عنوان “ذوب” فکر کنید. فناوری QCL مواد را با دقت باورنکردنی ذوب می کند و شدت بالای پرتو لیزر باعث چسبندگی و پیوند بهتر بین مولکول های پلاستیک می شود. این همان چیزی است که ماهیت ایزوتروپیک ماده چاپی را ایجاد می کند و خواص مکانیکی برتر را به همراه دارد.
نگاهی به تولید صنعتی
با فناوری مخربی مانند QCL، جای تعجب نیست که 3DM برنامه های بلندپروازانه ای دارد. این شرکت قصد دارد محلول خود را برای کاربردهای تولید صنعتی از جمله تولید انبوه قطعات پلاستیکی مورد استفاده قرار دهد. این ماموریت در ادامه روند گسترده تر در سراسر AM برای رفع نیازهای تولید صنعتی است.
ایلون در مصاحبه با پادکست ما گفت: «صنعت AM چند سال پیش ثابت کرده بود که برای نمونه‌های اولیه و مدل‌ها مناسب است، اما اکنون چالش این است که از سری‌های کوچک به تولید سری‌های بالاتر حرکت کنیم و مقیاس کنیم. “چالش هایی مانند سرعت، هزینه و کیفیت هنوز وجود دارد. و 3DM تمام این چالش ها را برطرف می کند.”
در حال حاضر، این شرکت به طیف وسیعی از جنبه های عمودی، از جمله کالاهای مصرفی، لوازم الکترونیکی مصرفی، کالاهای ورزشی، پزشکی، خودرو و دفاع دوخته است. این بخش‌ها و سایر بخش‌ها به دنبال این هستند که بیشترین بهره را از پتانسیل سفارشی‌سازی تولید افزودنی و همچنین زنجیره‌های تامین چابک‌تر ببرند. فناوری 3DM به طور خاص می تواند این صنایع را برای رسیدن به حجم تولید بالاتر و قطعات با کیفیت بهتر توانمند کند و در عین حال هزینه ها را کاهش دهد.
این شرکت در حال مذاکره با تعدادی از کاربران نهایی در این حوزه‌ها است و در حال حاضر همکاری با چند شرکت را برای جمع‌آوری بازخورد در مورد فناوری خود آغاز کرده است. این بازخورد 3DM را قادر می‌سازد تا سیستم‌های آینده خود را تنظیم کند و مراحل نهایی توسعه آنها را تسریع بخشد.
در نهایت، 3DM با ارائه فناوری به بازار که سرعت چاپ بسیار سریعتر و نتایج چاپ بهتر را با هزینه کمتر باز می‌کند، قصد دارد صنعتی شدن مداوم همجوشی بستر پودری مبتنی بر پلیمر را تسهیل کند. و این در راس آرایه بسیار گسترده‌تری از ترموپلاستیک‌ها است که کاربران نهایی می‌توانند با استفاده از لیزر طول موج قابل تنظیم پردازش کنند.