العربية 
English 
Español 
Français 
Русский 
Português 
Deutsch 
Italiano 
Nederlands (Formeel) 
日本語 
Türkçe 
Українська 
عندما يتعلق الأمر بالطباعة ثلاثية الأبعاد، فإن الطباعة ثلاثية الأبعاد المعدنية جديرة بالمناقشة بسبب قوة ومتانة المعادن العالية. في المقام الأول، الطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاد مرادف للتصنيع الإضافي، الذي يتعامل مع إنشاء المنتجات عن طريق بناء الطبقات واحدة تلو الأخرى.
هناك العديد من تقنيات الطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاد. وبالتالي، يمكنك الاختيار من بين أنواع المواد من أجل الحصول على مزيج مثالي من المتانة والتكلفة والتشطيب السطحي والسرعة. فيما يلي دليل كامل لعملية الطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاد وعملها وأنواعها وتطبيقاتها.
ما هي تقنية الطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاد وكيف تعمل؟
الطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاد هي تقنية تصنيع مضافة تنتج أجزاء معدنية على شكل طبقات عن طريق التلبيد والصهر واللحام. تستخدم الطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاد عادةً مسحوقًا معدنيًا للتشغيل. بشكل عام، تشارك مجموعة كبيرة من السبائك المعدنية والمعادن، بما في ذلك الطباعة ثلاثية الأبعاد غير القابل للصدأ إلى جانب الفولاذ والألومنيوم والكروم الكوبالت والتيتانيوم في الطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاد.
يدور عمل المعدن للطابعات ثلاثية الأبعاد بشكل أساسي حول SLM و DMLS. لذا، دعونا نرى كيف تعمل:
قبل الانتقال إلى عملية الطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاد، اسمحوا لي أن أعرض منصة البناء. عادةً ما يتم توصيل الأجزاء المعدنية بها من خلال هياكل داعمة مصنوعة من نفس مادة الأجزاء. تمنع منصة البناء بشكل أساسي التشويه أو الانحناء بسبب ارتفاع درجات الحرارة.
الخطوة 1
تتمثل الخطوة الأولى في تقليل احتمالية أكسدة المسحوق المعدني عن طريق ملء غرفة البناء بغاز خامل، أي الأرجون. ثم يتم تسخين غرفة البناء عند درجة الحرارة المثلى.
الخطوة 2
بعد نشر الطبقة الرقيقة من المسحوق المعدني، يتم مسح المقطع العرضي للمكون باستخدام ليزر عالي الطاقة.
وبالتالي، تندمج الجسيمات المعدنية وتنتج طبقة أخرى. وبالمثل، تتم مراقبة المساحة الكاملة للجزء المعدني لضمان تكوين منتج صلب بالكامل.
الخطوة 3
بمجرد انتهاء عملية المسح الضوئي، تنتقل منصة البناء إلى الأسفل وتنشر طبقة رقيقة ثانية من المعدن باستخدام جهاز إعادة الطلاء. تستمر العملية في التكرار حتى تشكيل المنتج النهائي.
الخطوة 4
بمجرد تشكيل المنتج وتبريد الحاوية إلى درجة حرارة الغرفة، يجب إزالة المسحوق المعدني الزائد يدويًا بواسطة الفنيين. بعد ذلك، تتم معالجة الجزء بالحرارة دون فصله عن منصة البناء. هنا، تعمل منصة البناء على تخفيف الضغوط المتبقية للجزء.
وأخيرًا، حان الوقت لفصل المكوّن عن منصة البناء من خلال التصنيع الآلي أو القطع. الآن، يمكنك استخدام الجزء لمزيد من المعالجة اللاحقة.
ما هي الأنواع المختلفة لتقنيات الطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاد؟
كما ناقشنا سابقًا، يعد المسحوق المعدني عنصرًا أساسيًا في آلات طباعة المعادن. ولذلك، يكمن الفرق بين جميع أنواع تقنيات الطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاد في اندماج المسحوق في الأجزاء المعدنية. تتضمن هذه التقنيات مصادر مختلفة لعمل الطابعة المعدنية ثلاثية الأبعاد.
|
تصنيف تقنيات الطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاد |
|||||||
| الأنواع |
انصهار سرير المسحوق |
النفث الموثق | نفث المواد | بثق المواد | البلمرة في حوض البلمرة | ترسيب الطاقة المباشر |
تصفيح الألواح |
| الأنواع الفرعية |
DMLS SLS MJF |
النفث الموثق | نفث المواد DOD | FDM
FFF |
جيش تحرير السودان
DLP كليب |
ليزر DED
قوس DED شعاع الإلكترون DED |
لوم SLCOM PSL SDL |
| المواد | الصلب EBM,
الفولاذ المقاوم للصدأ, التيتانيوم, نحاس الكوبالت, ألومنيوم |
كربيد التنجستن، كربيد التنجستن، السبائك القائمة على النيكل الفولاذ المقاوم للصدأ |
الفولاذ المقاوم للصدأ |
سبائك التيتانيوم، وسبائك النيكل، وسبائك الألومنيوم، والنحاس، والفولاذ المقاوم للصدأ |
الراتنجات |
الفولاذ المقاوم للصدأ، وسبائك النيكل، وسبائك التيتانيوم، وسبائك الكوبالت |
الورق والمعادن والسيراميك والبوليمر, |
فيما يلي، سنلقي نظرة على أنواعها المهمة وعملها واستخداماتها:
1. انصهار سرير المسحوق
دمج طبقة المسحوق هي تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد المعدنية المباشرة الأكثر استخدامًا. ويتمثل مبدأ عمل هذه الآلات في نشر طبقة دقيقة من المسحوق واستخدام مصدر حراري لإذابة مقطع عرضي من الجزء في طبقة مسحوق.
من أجل معرفة معلومات متعمقة حول هذه العملية، يجب عليك إلقاء نظرة على أنواعها الشائعة. عندما يتعلق الأمر بأفضل طابعات المعادن ثلاثية الأبعاد، فإن أول الصور التي تظهر في الذهن هي DMLS و SLS. عادةً ما تكون SLM (التلبيد الانتقائي بالليزر) وDMLS (التلبيد المباشر بالليزر المعدني) وMJF (الانصهار النفاث المتعدد) هي أنواع من الانصهار في قاع المسحوق. دعونا نناقش هذه الأنواع واحدًا تلو الآخر:
● DMLS
تتميز تقنية التلبيد المباشر بالليزر المعدني بالليزر بأنها أعلى من غيرها لأنه يمكنك صنع أجزاء من أي سبيكة معدنية باستخدامها. في حين أن طرق الطباعة ثلاثية الأبعاد الأخرى متوافقة فقط مع سبائك معدنية محددة أو مواد قائمة على البوليمر. على الرغم من أن طريقة عمل تقنية DMLS مشابهة تمامًا لطريقة SLS، إلا أن الاختلاف يكمن على المستوى الجزيئي. فبدلاً من ذوبان المسحوق المعدني، يتم تلبيدها معًا فقط. وفي النهاية، تحصل على أجزاء أقل مسامية مقارنة بتقنية الصهر.
كما أن هناك حاجة إلى طاقة أقل في حالة طابعة التلبيد المعدني ثلاثية الأبعاد هذه لأنها لا تتطلب حرارة لإذابة المسحوق المعدني. تُستخدم هذه العملية على وجه التحديد لإنشاء منتجات ذات تجاويف وتجاويف وزوايا سحب. يمكنك العثور على تطبيقاتها الرئيسية في النماذج الأولية الوظيفية والأدوات والأجهزة أو الأدوات الطبية.
● SLS
باستخدام هذه الطريقة، يمكنك الحصول على أجسام مطبوعة كثيفة وقوية للغاية. عادةً ما يتم استخدام ليزر عالي الطاقة لربط جزيئات المسحوق الصغيرة في جزء ثلاثي الأبعاد. بمجرد انصهار طبقة، يتم تحريك أسطوانة فوق السرير لضمان توزيع طبقة المسحوق التالية. وفي وقت لاحق، تتم إزالة معظم المسحوق السائب بالفرشاة اليدوية.
تُعد طابعات SLS المعدنية مثالية للتعامل مع الأجزاء الميكانيكية، بما في ذلك المراوح والتروس. وعلاوة على ذلك، تقوم هذه العملية بتصنيع الأجزاء الخاصة بصناعة السيارات والفضاء والصناعات الطبية.
● MJF
تتعامل تقنية Multi Jet Fusion مع الأذرع الكاسحة. أولاً، يقوم الذراع الكاسح بوضع طبقة المسحوق ثم يقوم الذراع الثاني، الذي يتكون من نفث الحبر، بترسيب عامل الربط بشكل انتقائي فوق قطعة العمل المحددة. وعلاوة على ذلك، يوفر نفث الحبر النافث أسطحًا ناعمة ودقيقة من خلال تطبيق عامل التفصيل حول المادة الرابطة.
مزايا PBF
فيما يلي بعض المزايا الشائعة لطريقة دمج قاع المسحوق:
- يمكنك تصنيع مجموعة كبيرة من الأشكال الهندسية.
- يوفر أفضل الخصائص الميكانيكية للمنتجات.
العيوب
تنطوي هذه الطريقة على بعض السلبيات، مثل ارتفاع النفقات، ومحدودية أحجام البناء، وإنتاج النفايات، والتعامل الخطير مع المساحيق المعدنية.
2. النفث الموثق
تم تطوير تقنية النفث الموثق في الطباعة ثلاثية الأبعاد في التسعينيات. وكان الغرض من ذلك هو التوصل إلى معدن قابل للطباعة منخفض التكلفة يمكن أن يكون فعالاً للغاية.
تبدأ الطريقة عندما يتم ترسيب نوع مادة الطباعة ثلاثية الأبعاد الأولية في الطابعة في أشكال مسحوق مثل الرمل أو المسحوق المعدني أو السيراميك أو البوليمر. ثم يتم تطبيق عامل الربط من خلال نفث الحبر، وتتم طباعة كل طبقة على منصة البناء. ومع تكرار العملية، يُعاد طلاء المسحوق بعد كل طبقة حتى تكتمل الطباعة.
يمكن لهذه التقنية إنتاج عدد كبير من القطع وأدوات التصنيع عالية الجودة في فترة قصيرة. بالإضافة إلى ذلك، قد تجد تطبيقاتها في تصنيع قوالب صب الرمل والنماذج الواقعية والنماذج الأولية منخفضة التكلفة.
المزايا
أثناء استخدام هذه التقنية يمكن توقع الفوائد التالية:
- منخفضة التكلفة.
- دقة الأبعاد 2 مم.
- إنتاج ألوان ممتازة.
العيوب
إلى جانب فوائده الرائعة، لا تزال النتائج لا ترقى إلى المستوى المطلوب. يمكنك استخدامه فقط للتطبيقات منخفضة الكثافة.
3. نفث المواد
يُعد نفث المواد، المعروف أيضًا باسم بولي جيت، تقنية شائعة جدًا في الصفائح المعدنية للطابعة ثلاثية الأبعاد. وهي تستخدم مواد لزجة تفاعلية ضوئية مثل الشموع والبوليمرات الضوئية (السائلة) كمواد شائعة الاستخدام بسبب لزوجتها. نظرًا لطبيعتها اللزجة، فإنها تشكل قطرات دقيقة لتشكيل طبقات. وبوجه عام، تستخدم هذه الطريقة الأشعة فوق البنفسجية لتصلب المادة على الأجزاء. يُصنع المنتج بشكل أساسي طبقة تلو الأخرى حتى يكتمل.
يمكن استخدام هذه التقنية في تطبيقات مثل تصميم النماذج الأولية لإنشاء نماذج أولية مرئية زاهية لمختلف العلامات التجارية والنماذج الطبية.
المزايا
- يمكن أن تصل الدقة إلى 0.01 ملليمتر لكل طبقة رقيقة.
- يوفر لمسة نهائية ناعمة للسطح.
- توفر العملية نطاق ألوان واسع للأجزاء المادية.
العيوب
تتمثل سلبيات نفث المواد في أنها غير مناسبة للتطبيقات الميكانيكية وهي عملية طباعة منخفضة السرعة.
4. بثق المواد
كما يوحي الاسم، تعمل تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد هذه على مبدأ البثق، حيث يتم تمرير المادة بجانب نقطة انصهارها من خلال فتحة صغيرة. تعمل هذه التقنية عن طريق ترسيب خيوط معدنية ثلاثية الأبعاد مركبة ومواد لدن بالحرارة على مسار محدد مسبقًا لتشكيل طبقات. المواد الشائعة لبثق المواد هي PLA و PA و ABS و TPU وألياف الكربون وغيرها.
عادةً ما ينطبق بثق المواد في الأجزاء المعدنية المطبوعة ثلاثية الأبعاد على العلب الإلكترونية وأنماط الصب الاستثماري والتركيبات وما إلى ذلك.
هناك نوعان فرعيان من بثق المواد:
- FDM (نمذجة الترسيب المنصهر)
- FFF (تصنيع الفتيل المنصهر)
1) آلية التمويل الأجنبي المباشر
تتعامل تقنية FDM مع خيوط البلاستيك التي يتم تسييلها أولاً ثم إعادة توحيدها في الشكل المطلوب (الذي تم تحديده بالفعل بواسطة نموذج التصميم بمساعدة الحاسوب). عادةً ما يكون تسخين فوهة البثق مسؤولاً عن ذوبان البلاستيك. تميل المادة المنصهرة إلى تشكيل طبقات وبعد التصلب ينتج عنها جسم ثلاثي الأبعاد.
2) FFF
تتشابه تقنية FFF تمامًا مع تقنية FDM. ومع ذلك، تعتبر أجزاء FDM أقوى من أجزاء FFF. عندما يتعلق الأمر بعمل تقنية FFF، فإنها تفتقر إلى بيئة طباعة ساخنة وهو عامل رئيسي في الحصول على نتائج أقل دقة للمنتجات.
المزايا
فيما يلي بعض الفوائد العظيمة لسحب المعادن:
- منخفضة التكلفة
- يمكنك تشغيله بسهولة وبأمان عالٍ.
- توفير طباعة سريعة للأجزاء الحساسة.
العيوب
لا يُفضّل بثق المواد من حيث الدقة والسرعة نظرًا لمحدودية نصف قطر الفوهة. كما أن الفنيين بحاجة إلى الحفاظ على جودة التشطيب النهائي للمنتج.
5. البلمرة بالحوض
تُعد البلمرة الضوئية في الوعاء الضوئي إحدى عمليات التصنيع المضافة التي تستخدم فقط البوليمر الضوئي كمادة مهمة لهذه التقنية. عادةً ما يتوفر راتنج البوليمر الضوئي بألوان مختلفة. وعادةً ما تستخدم ضوء الأشعة فوق البنفسجية لمعالجة الراتنج وتوفر تشطيبًا مثاليًا للسطح.
بالإضافة إلى ذلك، تحدث عملية البلمرة الضوئية عندما تتعرض جزيئات البوليمرات الضوئية السائلة لأطوال موجية مختلفة من الضوء. ونتيجة لذلك، تترابط الجزيئات معًا بسرعة وتتصلب لتصبح مادة صلبة.
تُعد تقنيات البلمرة في الأحواض شائعة في إنتاج القطع ذات التفاصيل الدقيقة مثل أعمال المجوهرات والتطبيقات المختلفة لطب الأسنان والتطبيقات السريرية.
تحتوي هذه التقنية ثلاثية الأبعاد على أنواع أخرى مختلفة:
- الطباعة الحجرية المجسمة (SLA)
- DLP (المعالجة الضوئية الرقمية)
- CDLP (المعالجة الضوئية الرقمية المستمرة)
1) اتفاقية مستوى الخدمة
يشتهر جيش تحرير السودان بالجيش السوري الحر بتوفير مقاومات محكمة ومستويات عالية من التفاصيل والتشطيبات السطحية الملساء. يتضمن عمل هذا النوع منصة بناء يتم غمسها في حاوية مملوءة بالراتنج. وأثناء ذلك، يتم ترك طبقة واحدة فقط من الارتفاع بين قاع خزان الراتنج ومنصة البناء. بعد ذلك، يقوم جلفانومتر بمساعدة كود G بتتبع شعاع الليزر في المسار، وهو المسؤول عن إنشاء طبقة على الجزء.
وفي وقت لاحق، يتم إعادة طلاء المقطع العرضي لجزء معين بمادة جديدة. باتباع نفس الخطوات، يمكن تشكيل طلاءات جديدة على هذا السطح المعاد طلاؤه.
2) DLP
كما يوحي الاسم، تستخدم طريقة المعالجة الرقمية بالضوء الضوء والبوليمرات الحساسة للضوء للطباعة. وهي تختلف عن طريقة SLA فقط بسبب مصدر الضوء. فهي تستخدم مصادر ضوء مسقطة مختلفة، مثل المصابيح القوسية. علاوة على ذلك، تُعتبر أسرع من طريقة SLA.
تُعد تقنية DLP مثالية لطباعة الأنماط المعقدة على الراتنجات من أجل تشكيل الألعاب وقوالب الأسنان وقوالب المجوهرات والتماثيل والعديد من المنتجات الأخرى ذات التفاصيل الدقيقة.
3) CDLP
تقنية CLIP هي أسرع تقنية بلمرة في تقنية البلمرة الضوئية التي تنتج أجسامًا ملساء الجوانب بأشكال مختلفة. تستخدم هذه التقنية صراحةً جهاز عرض بالأشعة فوق البنفسجية والأكسجين والراتنج الحساس للضوء لإنتاج مجسم ثلاثي الأبعاد.
يتم غمر منصة البناء قليلاً في بئر راتنج حساس للضوء. عندما ترتفع منصة البناء هذه، يتفاعل ضوء الأشعة فوق البنفسجية مع الراتنج، مما يؤدي إلى تصلب المادة. في هذه المرحلة، يتم ضبط ضوء الأشعة فوق البنفسجية والأكسجين لتغيير شكل الجزء أثناء ارتفاعه من بئر الراتنج. ويتمثل أحد الأغراض المهمة لـ CDLP في توليد الخواص الميكانيكية في الأجزاء متساوية الخواص بالفعل.
المزايا
- يوفر عملاً عالي الجودة ومفصلاً.
- بالإضافة إلى أنه يوفر طباعة سريعة.
العيوب
بالإضافة إلى فوائد بلمرة الحوض، فإنها تفتقر أيضًا إلى القوة، وقد تؤثر الأشعة فوق البنفسجية على الراتنج حتى بعد الطباعة. علاوة على ذلك، مع مرور الوقت، يمكن أن يلتوي الراتنج وينحني.
6. الترسيب المباشر للطاقة:
الترسيب المباشر للطاقة في الطباعة ثلاثية الأبعاد هي تقنية معقدة تستخدم عادةً في إصلاح الأجزاء الصناعية. في هذه العملية، يتم استخدام معدن على شكل سلك أو مسحوق فقط. بالإضافة إلى ذلك، فهي لا تتطلب أي هيكل دعم إضافي وتستخدم مصدر طاقة عالية مثل الليزر أو شعاع الإلكترون لصهر المادة في وقت واحد أثناء حدوث الطباعة.
ومع ذلك، اعتمادًا على التطبيقات المختلفة، تُعرف هذه التقنية أيضًا باسم DMD أو LENS أو EBAM، إلخ.
تتمثل تطبيقات هذه التقنية في القطاع الصناعي في إصلاح المجاذيف التالفة أو شفرات التوربينات.
المزايا
- يمكن تصنيع الأجزاء الأكبر حجمًا بكفاءة أعلى.
- السماح بالطباعة السريعة مقارنة بخدمات الطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاد الأخرى.
- تنتج هذه العملية منتجات عالية الكثافة ذات خواص ميكانيكية ممتازة.
العيوب
لا شك أن الأداء العام لهذه الطريقة رائع، ولكنها مكلفة للغاية نسبيًا. وبالإضافة إلى ذلك، فهي تعمل دون استخدام هياكل الدعم، مما يلغي إمكانية حدوث تراكبات.
7. تصفيح الألواح
يتبع التصفيح بالصفائح ظاهرة التصفيح طبقة تلو الأخرى لتشكيل جزء معدني ثلاثي الأبعاد. في هذه الطريقة، يتم تكديس الصفائح المعدنية الرقيقة وتصفيحها، وتنتهي بقطعة واحدة يمكن تحويلها إلى جسم ثلاثي الأبعاد عن طريق القطع. قد يشمل التصفيح اللحام بالموجات فوق الصوتية أو اللحام بالنحاس أو الربط. وبمجرد الانتهاء من عملية الطباعة باستخدام هذه الطريقة، يتم تعديل المنتجات الناتجة عن طريق التشغيل الآلي أو الحفر.
المزايا
- مواد يسهل التعامل معها
- لا يلزم وجود نظام دعم إضافي
- استخدام المواد القياسية يوفر التكلفة
- بعد المعالجة اللاحقة، توفر وقت طباعة أسرع
العيوب
توفر تقنية تصفيح الألواح خيارات محدودة من المواد. كما أنه قد يكون من الصعب إزالة المواد الزائدة بعد الانتهاء من التصفيح. وقبل كل شيء، تؤدي هذه الطريقة إلى الكثير من النفايات.
خصائص الطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاد فيما يتعلق بالطباعة ثلاثية الأبعاد SLM و DMLS
1. معلمات الطابعة ثلاثية الأبعاد
يتم تعيين المعلمات بالفعل في الطابعة من قبل الشركات المصنعة للماكينة. عادة، يتم استخدام ارتفاع طبقة من 20 إلى 50 ميكرون. من ناحية أخرى، يبلغ حجم البناء العام للنظام 250*150*150 مم تقريبًا، ومع ذلك تتوفر أيضًا طابعات أكبر في السوق.
وعلاوة على ذلك، أثناء عملية SLM وDMLS، يتم إهدار أقل من 5% من مسحوق المعدن المسحوق في شكل هياكل داعمة. ومع ذلك، يمكن إعادة تدوير الحد الأقصى من المسحوق.
2. التصاق الطبقات
تتميز الأجزاء التي تنتجها طابعات DMLS وطابعات SLM ثلاثية الأبعاد التي يمكنها طباعة المعادن بخصائص ميكانيكية حرارية ومتساوية الخواص. تتميز هذه الأجزاء الصلبة بمسامية داخلية طفيفة للغاية. في حين أنها تمتلك قوة وصلابة أعلى مقارنةً بالتقنيات التقليدية الأخرى.
ومع ذلك، فإن خشونة سطحها العالية تجعلها عرضة للإجهاد.
3. الهياكل خفيفة الوزن
في الطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاد، عادةً ما يتم استخدام هيكل شبكي للحصول على أجزاء خفيفة الوزن. يمكنك أيضًا استخدام خوارزميات تحسين الطوبولوجيا للحصول على تصميمات عضوية خفيفة الوزن.
4. هياكل الدعم
تُعد الهياكل الداعمة ضرورية لطابعات SLM وDMLS ثلاثية الأبعاد لمعالجة عواقب درجات حرارة المعالجة العالية. وتتمثل الوظائف الثلاث المهمة لهذه الهياكل فيما يلي:
- تعمل على توصيل قطعة العمل بقطعة العمل لبناء الألواح لتجنب التواءها.
- يساعد على تشكيل الطبقة التالية التي سيتم البناء عليها.
- فهي تلعب دوراً حيوياً في سحب الحرارة بعيداً عن المكوّن. وبالتالي، فإنها تبرد بمعدل سريع.
الحكم النهائي
ربما تكون قد لاحظت أنه إلى جانب الفوائد العديدة لتقنيات الطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاد المختلفة، هناك بعض الجوانب السلبية. خاصة عند النظر في التكلفة المرتفعة نسبيًا للطابعات ثلاثية الأبعاد والمساحيق المعدنية، فإن أفضل حل هو الحصول على مطبوعات ثلاثية الأبعاد مخصصة حسب الطلب.
