قبل از بررسی مزایای چاپ سه بعدی فلز، ابتدا باید چالش های پیش روی روش های تولید سنتی را درک کنیم. فرآیندهای سنتی مانند ریخته گری، ماشینکاری و شکل دهی، کارایی هزینه عالی را در تولید انبوه نشان داده اند. با این حال، برای تولید دسته ای کوچک یا متوسط، این روش ها اغلب به دلیل سرمایه گذاری های اولیه قابل توجه در طراحی قالب، راه اندازی تجهیزات و فرآیندهای پیچیده، بسیار گران هستند.

فرآیندهای تولید سنتی مانند ریخته گری، ماشینکاری، مهر زنی و قالب گیری تزریقی، همگی به شدت به صرفه جویی های مقیاس وابسته هستند:

• ریخته گری: نیاز به ایجاد قالب گران قیمت دارد که هزینه ها تنها از طریق حجم تولید زیاد امکان پذیر می شود. این فرآیند همچنین ضایعاتی تولید می کند که نیاز به جابجایی اضافی دارد.
• ماشینکاری: به اپراتورهای ماهر برای برنامه نویسی CNC نیاز دارد و ضایعات مواد قابل توجهی را از طریق فرآیندهای کاهشی تولید می کند.
• مهر زنی: شامل هزینه های بالای ابزار و عملیات متعدد برای هندسه های پیچیده است.
• قالب گیری تزریقی: هزینه های قالب بسیار بالایی را به همراه دارد که برای تولیدات کوچک غیرعملی می شود.

روش های سنتی با محدودیت های متعددی در تولید اجزای پیچیده مواجه هستند:

• مهندسان باید طرح ها را برای انطباق با محدودیت های تولید ساده کنند
• قطعات پیچیده اغلب نیاز به مونتاژ چند جزئی دارند که هزینه ها را افزایش داده و قابلیت اطمینان را کاهش می دهد
• فرآیندهای کاهشی ضایعات مواد قابل توجهی تولید می کنند
• هندسه های خاص با ویژگی های داخلی یا منحنی های پیچیده، غیرقابل تولید هستند

تقاضای فزاینده مصرف کنندگان برای محصولات شخصی، چالش های اضافی را برای تولید سنتی ایجاد می کند:

• ابزار سفارشی نیاز به سرمایه گذاری های بازدارنده دارد
• چرخه های تولید طولانی با انتظارات تحویل سریع در تضاد هستند
• فرآیندهای انعطاف ناپذیر در سازگاری با تغییرات بازار مشکل دارند

فناوری چاپ سه بعدی فلز بر این تنگناهای تولید از طریق سه مزیت اصلی غلبه می کند:

برخلاف روش های سنتی، چاپ سه بعدی فلز هزینه های واحد را بدون توجه به مقدار تولید ثابت نگه می دارد. فرآیند بسیار خودکار به حداقل سرمایه گذاری اضافی نیاز دارد، چه تولید یک واحد و چه صد واحد. اجزای هزینه عبارتند از:

• هزینه های مواد (پودر یا سیم خوراک)
• استهلاک تجهیزات
• مصرف انرژی
• نیروی کار برای عملیات و پس از پردازش
• پرداخت سطح و عملیات حرارتی

چاپ سه بعدی فلز، همبستگی سنتی بین پیچیدگی قطعه و هزینه تولید را از بین می برد. این فناوری امکانات زیر را فراهم می کند:

• ساختارهای سبک وزن بهینه شده از نظر توپولوژی
• پیکربندی های مشبک پیچیده
• کانال های داخلی برای خنک سازی یا جریان سیال

این فناوری اجزایی را تولید می کند که از طریق روش های سنتی قابل دستیابی نیستند، از جمله:

• قطعات با هندسه های ارگانیک و حفره های داخلی
• مونتاژهای تلفیقی جایگزین اجزای متعدد
• طرح های کاملاً سفارشی که نیازهای خاص را برآورده می کنند

با وجود مزایای آن، چاپ سه بعدی فلز با چندین چالش مواجه است:

• انتخاب مواد محدود در مقایسه با روش های سنتی
• سرعت تولید نسبتاً کم
• محدودیت های اندازه تحمیل شده توسط حجم ساخت
• زبری سطح بالاتر که نیاز به پس از پردازش دارد
• هزینه های بالای تجهیزات و مواد
• کمبود اپراتورهای ماهر

گردش کار چاپ سه بعدی فلز معمولاً شامل موارد زیر است:

1. طراحی مدل CAD
2. برش مدل
3. چاپ لایه به لایه
4. پس از پردازش (حذف پشتیبانی، عملیات سطحی)

فناوری های اصلی چاپ سه بعدی فلز عبارتند از:

• همجوشی بستر پودری (PBF)
• رسوب انرژی هدایت شده (DED)
• اتصال دهنده جتینگ (BJ)
• اکستروژن مواد (MEX)

این فناوری کاربردهایی در سراسر صنایع پیدا می کند:

• هوافضا: اجزای ساختاری سبک وزن
• خودرو: قطعات عملکردی سفارشی
• پزشکی: ایمپلنت های مخصوص بیمار
• ابزارسازی: قالب های خنک کننده منطبق
• الکترونیک: سینک های حرارتی تخصصی

چاپ سه بعدی فلز همچنان از طریق موارد زیر در حال تکامل است:

• گزینه های مواد گسترده
• تجهیزات سریعتر و دقیق تر
• نرم افزار طراحی هوشمندتر
• قابلیت اطمینان فرآیند بهبود یافته

کاهش هزینه ها پذیرش را تسریع می کند زیرا:

• قیمت تجهیزات کاهش می یابد
• هزینه های مواد کاهش می یابد
• راندمان عملیاتی بهبود می یابد

برنامه های در حال ظهور عبارتند از:

• سفارشی سازی انبوه
• شبکه های تولید توزیع شده
• تولید درخواستی

چاپ سه بعدی فلز جایگزین روش های سنتی نخواهد شد، بلکه آنها را تکمیل می کند. در حالی که فرآیندهای سنتی برای قطعات ساده با حجم بالا بهینه باقی می مانند، تولید افزایشی فلز برای موارد زیر عالی است:

• تولید کم تا متوسط
• هندسه های پیچیده
• اجزایی که در غیر این صورت غیرممکن است تولید شوند

این فناوری همچنان در حال تغییر پارادایم های تولید است و نوآوری را به سمت قابلیت های تولید هوشمندتر، پایدارتر و به طور فزاینده ای سفارشی هدایت می کند.