آرگون با ایجاد اتمسفری خنثی و بدون اکسیژن، کیفیت و خواص مکانیکی قطعات فلزی پرینت سه‌بعدی را به‌طور چشمگیری بهبود می‌بخشد. سپهر گاز کاویان تولید کننده و تامین کننده گازهای خالص وترکیبی دارای گواهینامه ISO17025 و آزمایشگاه مرجع اداره استاندارد ایران می باشد.جهت خرید گازهای خالص و ترکیبی تماس بگیرید.02146837072 – 09033158778
پرینت سه‌بعدی فلزات یا Metal Additive Manufacturing یکی از نوین‌ترین فناوری‌های تولید است که توانسته تحولی بزرگ در صنایع مختلف از جمله هوافضا، خودروسازی، پزشکی، نفت و گاز و حتی صنایع نظامی ایجاد کند. این روش که بر پایه ساخت لایه‌به‌لایه قطعات فلزی با استفاده از پودر یا سیم فلزی و یک منبع انرژی پرقدرت مانند لیزر یا الکترون شکل گرفته است، نیازمند شرایط بسیار کنترل‌شده‌ای است تا کیفیت نهایی قطعه تولیدی تضمین شود.
یکی از مهم‌ترین پارامترها در این فرآیند، کنترل اتمسفر اطراف ناحیه ذوب فلز است. فلزات در دماهای بالا به شدت تمایل به اکسید شدن، جذب نیتروژن یا واکنش با رطوبت دارند. به همین دلیل استفاده از یک گاز بی‌اثر یا خنثی برای ایجاد محیطی پایدار و ایمن ضروری است. در این میان، گاز آرگون (Argon) به دلیل ویژگی‌های منحصر به فرد خود جایگاه ویژه‌ای در پرینت سه‌بعدی فلزات پیدا کرده است.
در این مقاله جامع و تخصصی، به بررسی نقش آرگون در پرینت سه‌بعدی فلزات پرداخته می‌شود. ابتدا ویژگی‌های Arمعرفی شده، سپس نحوه استفاده از آن در فناوری‌های مختلف پرینت فلزی بررسی می‌شود. در ادامه، اهمیت خلوص، تجهیزات تأمین و هزینه‌ها مورد بحث قرار گرفته و در نهایت، آینده و چشم‌انداز استفاده از آرگون در صنعت چاپ سه‌بعدی فلزات تحلیل خواهد شد.
معرفی گاز آرگون و ویژگی‌های آن
آرگون (Ar) سومین گاز نجیب فراوان در جو زمین پس از نئون و هلیوم است و حدود ۰/۹۳ درصد از ترکیب هوای خشک را تشکیل می‌دهد. این گاز در شرایط استاندارد بی‌بو، بی‌رنگ، غیرسمی و کاملاً بی‌اثر است. مهم‌ترین ویژگی‌های آن که سبب کاربرد گسترده در پرینت سه‌بعدی فلزات می‌شوند عبارت‌اند از:
خنثی بودن شیمیایی: Ar در هیچ واکنش شیمیایی تحت شرایط پرینت سه‌بعدی شرکت نمی‌کند و از اکسیداسیون فلزات جلوگیری می‌نماید.
چگالی بالا نسبت به هوا: چگالی آن حدود ۱/۴ برابر هواست، بنابراین به خوبی بر روی سطح قطعه و پودر فلزی پخش شده و مانع نفوذ اکسیژن می‌شود.
هدایت حرارتی پایین: باعث پایداری بیشتر حوضچه مذاب و کاهش اتلاف حرارتی می‌گردد.
فراوانی و دسترس‌پذیری: استخراج آن از هوا به روش تقطیر جزء به جزء نسبتاً اقتصادی است.
ایمنی بالا: غیرقابل اشتعال بوده و هیچ خطر واکنش‌پذیری ایجاد نمی‌کند.
اهمیت کنترل اتمسفر در پرینت سه‌بعدی فلزات
پرینت سه‌بعدی فلزات معمولاً با استفاده از تکنیک‌های پیشرفته‌ای مانند Laser Powder Bed Fusion (LPBF)، Direct Metal Laser Sintering (DMLS)، Electron Beam Melting (EBM) یا Directed Energy Deposition (DED) انجام می‌شود. در تمامی این روش‌ها، فلزات تا دماهای بسیار بالا ذوب یا نزدیک به ذوب می‌شوند. در چنین شرایطی، حضور اکسیژن، نیتروژن و رطوبت در هوا می‌تواند منجر به:
تشکیل اکسیدهای سطحی روی پودر یا قطعه
کاهش خواص مکانیکی (تردی، کاهش مقاومت به ضربه)
ایجاد ترک‌های انجمادی و حفره‌های گازی
تغییر ترکیب شیمیایی آلیاژها
کاهش کیفیت سطحی و ابعادی قطعه
اینجاست که Ar به عنوان یک سپر محافظ عمل کرده و محیطی عاری از اکسیژن و نیتروژن فراهم می‌کند. به این ترتیب کیفیت نهایی قطعات فلزی پرینت‌شده تضمین می‌شود.
کاربرد آرگون در فناوری‌های مختلف پرینت فلزات
۱. استفاده در روش Laser Powder Bed Fusion (LPBF)
در این فناوری که یکی از پرکاربردترین روش‌های چاپ سه‌بعدی فلزات است، لیزر پرقدرت بر روی پودر فلزی درون محفظه عمل می‌کند. محفظه با Ar پر می‌شود تا:
از اکسیداسیون پودر جلوگیری شود.
انتقال حرارت کنترل شود.
پایداری حوضچه مذاب افزایش یابد.
ذرات معلق ناشی از تبخیر فلز توسط جریان آرگون تخلیه شوند.
۲. استفاده در Direct Metal Laser Sintering (DMLS)
DMLS شباهت زیادی به LPBF دارد و آرگون نقش اصلی در ایجاد اتمسفر خنثی دارد. به‌خصوص در آلیاژهای حساس مانند تیتانیوم یا آلومینیوم که واکنش‌پذیری زیادی با اکسیژن دارند، وجود آرگون حیاتی است.
۳. استفاده در Electron Beam Melting (EBM)
اگرچه در EBM معمولاً از خلا به جای گاز استفاده می‌شود، اما در مراحل پیش‌پردازش و نگهداری پودر همچنان آرگون برای محافظت از مواد مورد استفاده قرار می‌گیرد.
۴. استفاده در Directed Energy Deposition (DED)
در این روش که سیم یا پودر فلزی به طور مستقیم تغذیه می‌شود، آرگون نه تنها برای ایجاد اتمسفر خنثی بلکه به عنوان گاز حامل و شیلدینگ نیز به کار می‌رود. در نتیجه کیفیت رسوب فلزی بهبود می‌یابد.
نقش خلوص گاز آرگون در پرینت فلزات
در فرآیندهای حساس مانند پرینت سه‌بعدی فلزات، استفاده از Ar با خلوص بالا ضروری است. آرگون صنعتی معمولاً دارای خلوص ۹۹/۹ درصد است، اما در چاپ سه‌بعدی از گریدهای بالاتر مانند ۵N (۹۹/۹۹۹ درصد) یا حتی ۶N (۹۹/۹۹۹۹ درصد) استفاده می‌شود. حضور حتی چند ppm اکسیژن یا نیتروژن می‌تواند باعث کاهش کیفیت قطعات شود.
برای تضمین خلوص، از تجهیزات فیلتراسیون، رطوبت‌گیرها و آنالایزرهای گاز استفاده می‌شود.
تجهیزات مصرف و توزیع آرگون در پرینترهای فلزی
برای تأمین آرگون در پرینت سه‌بعدی فلزات از تجهیزات زیر استفاده می‌شود:
سیلندرهای تحت فشار با ظرفیت‌های ۱۰ تا ۵۰ لیتری.
تانک‌های مایع آرگون (Liquid Argon) برای مصارف صنعتی بزرگ.
مانومتر و رگولاتورهای دقیق برای کنترل فشار.
سیستم‌های توزیع داخلی پرینتر که جریان گاز را به‌طور یکنواخت در محفظه هدایت می‌کنند.
مزایا و معایب استفاده از Ar در پرینت سه‌بعدی فلزات
مزایا
جلوگیری کامل از اکسیداسیون
پایداری حرارتی و یکنواختی فرآیند
بهبود خواص مکانیکی قطعات
افزایش کیفیت سطح و دقت ابعادی
ایمنی بالا و غیرقابل اشتعال بودن
معایب
هزینه نسبتاً بالا در مقایسه با نیتروژن
نیاز به کنترل دقیق جریان و خلوص
خطر خفگی در صورت نشتی در محیط‌های بسته
مقایسه آرگون با سایر گازهای محافظ در پرینت فلزات
در برخی موارد به جای آرگون از نیتروژن یا هلیوم استفاده می‌شود.
نیتروژن ارزان‌تر است، اما در برخی آلیاژها (مثلاً تیتانیوم) باعث ایجاد نیترید و کاهش کیفیت می‌شود.
هلیوم هدایت حرارتی بالایی دارد و کیفیت سطح را افزایش می‌دهد، اما بسیار گران‌تر از Ar است.
بنابراین، آرگون بهترین تعادل بین کیفیت، قیمت و دسترس‌پذیری را دارد.
بازار مصرف و هزینه‌های آرگون در پرینت فلزات
هزینه مصرف آرگون در چاپ سه‌بعدی فلزات یکی از عوامل مهم اقتصادی است. بسته به حجم محفظه و مدت زمان فرآیند، مصرف گاز می‌تواند قابل توجه باشد. به همین دلیل بسیاری از شرکت‌ها از سیستم‌های بازیافت و تصفیه مجدد آرگون استفاده می‌کنند تا هزینه‌ها کاهش یابد.
آینده و چشم‌انداز استفاده از آرگون در پرینت سه‌بعدی فلزات
با رشد سریع فناوری چاپ سه‌بعدی فلزات و ورود آن به صنایع کلیدی، تقاضا برای Ar با خلوص بالا به طور چشمگیری افزایش خواهد یافت. نوآوری‌هایی مانند:
سیستم‌های بسته بازیافت آرگون
پایش لحظه‌ای خلوص گاز
کاهش حجم محفظه‌های پرینت
می‌تواند نقش Ar را بیش از پیش تثبیت کند.
همچنین انتظار می‌رود همکاری شرکت‌های تولید گازهای صنعتی با سازندگان پرینترهای فلزی به توسعه راهکارهای نوین برای کاهش مصرف و بهینه‌سازی استفاده از آرگون منجر شود.
آرگون به عنوان گاز بی‌اثر و خنثی، نقش کلیدی در تضمین کیفیت و پایداری فرآیند پرینت سه‌بعدی فلزات ایفا می‌کند. ویژگی‌هایی مانند جلوگیری از اکسیداسیون، پایداری حرارتی، خلوص بالا و ایمنی موجب شده است که این گاز به پرکاربردترین انتخاب برای فناوری‌های LPBF، DMLS و DED تبدیل شود. هرچند هزینه‌های آن نسبت به نیتروژن بالاتر است، اما کیفیت و خواص مکانیکی قطعات نهایی ارزش این سرمایه‌گذاری را توجیه می‌کند. در آینده با پیشرفت فناوری‌های بازیافت و بهینه‌سازی مصرف، نقش Ar در صنعت چاپ سه‌بعدی فلزات بیش از پیش پررنگ خواهد شد.
بدون دیدگاه