الطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاد

في الآونة الأخيرة ، قدمنا ​​مظاهرة للمعادنطباعة ثلاثية الأبعاد، وأكملنا ذلك بنجاح كبير ، فما هو المعدنطباعة ثلاثية الأبعاد؟ ما هي مزاياها وعيوبها؟

الطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاد هي تقنية تصنيع مضافة تقوم ببناء كائنات ثلاثية الأبعاد عن طريق إضافة طبقة مواد معدنية حسب الطبقة. فيما يلي مقدمة مفصلة للطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاد:

المبدأ الفني
تلبد الليزر الانتقائي (SLS): استخدام عوارض الليزر عالية الطاقة لذوبان مساحيق معدنية وذبيرة بشكل انتقائي ، وتسخين مادة المسحوق إلى درجة حرارة أقل قليلاً من نقطة انصهار ، بحيث تتشكل الروابط المعدنية بين جزيئات المسحوق ، وبالتالي بناء طبقة الكائن بواسطة طبقة. في عملية الطباعة ، يتم وضع طبقة موحدة من مسحوق معدني أولاً على منصة الطباعة ، ثم يقوم شعاع الليزر بمسح المسحوق وفقًا للشكل المقطع العرضي للكائن الانتهاء من طبقة من الطباعة ، يسقط النظام الأساسي مسافة معينة ، ثم نشر طبقة جديدة من المسحوق ، كرر العملية أعلاه حتى تتم طباعة الكائن بأكمله.
ذوبان الليزر الانتقائي (SLM): على غرار SLS ، ولكن مع طاقة الليزر العالية ، يمكن ذوبان مسحوق المعادن تمامًا لتشكيل بنية كثيفة ، وكثافة أعلى وخصائص ميكانيكية أفضل ، ودقة ودقة الأجزاء المعدنية المطبوعة أعلى ، بالقرب من أو حتى تتجاوز الأجزاء التي تنتجها عملية التصنيع التقليدية. إنه مناسب لتصنيع قطع الغيار في الفضاء والمعدات الطبية وغيرها من الحقول التي تتطلب دقة وأداء عالي.
ذوبان شعاع الإلكترون (EBM): استخدام حزم الإلكترون كمصدر للطاقة لإذابة مساحيق معدنية. تحتوي شعاع الإلكترون على خصائص كثافة الطاقة العالية وسرعة المسح العالية ، والتي يمكن أن تذوب مسحوق المعادن بسرعة وتحسين كفاءة الطباعة. يمكن للطباعة في بيئة فراغ أن تتجنب تفاعل المواد المعدنية مع الأكسجين أثناء عملية الطباعة ، وهي مناسبة لطباعة سبيكة التيتانيوم والسبائك القائمة على النيكل وغيرها من المواد المعدنية الحساسة لمحتوى الأكسجين ، وغالبًا ما تستخدم في الفضاء والمعدات الطبية وغيرها الحقول.
بثق المواد المعدنية (ME): طريقة التصنيع القائمة على بثق المواد ، من خلال رأس البثق لبثق المادة المعدنية في شكل الحرير أو المعجون ، وفي نفس الوقت للتسخين والعلاج ، وذلك لتحقيق طبقة تراكم الطبقة. مقارنة بتكنولوجيا ذوبان الليزر ، تكون تكلفة الاستثمار أقل وأكثر مرونة وملاءمة ، وخاصة مناسبة للتنمية المبكرة في بيئة المكاتب والبيئة الصناعية.
مواد مشتركة
سبيكة التيتانيوم: لديها مزايا القوة العالية ، والكثافة المنخفضة ، ومقاومة التآكل الجيدة والتوافق الحيوي ، وتستخدم على نطاق واسع في الفضاء ، والمعدات الطبية ، والسيارات وغيرها من المجالات ، مثل شفرات محركات الطائرات والمفاصل الاصطناعية وغيرها من الأجزاء المصنعة.
الفولاذ المقاوم للصدأ: لديه مقاومة جيدة للتآكل ، والخصائص الميكانيكية وخصائص المعالجة ، والتكلفة المنخفضة نسبيًا ، هي واحدة من المواد الشائعة الاستخدام في الطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاد ، يمكن استخدامها لتصنيع مجموعة متنوعة من الأجزاء الميكانيكية والأدوات والأجهزة الطبية وما إلى ذلك.
سبيكة الألومنيوم: كثافة منخفضة ، قوة عالية ، توصيل حراري جيد ، مناسبة لقطع الغيار ذات المتطلبات ذات الوزن العالي ، مثل كتلة أسطوانة محرك السيارات ، والأجزاء الهيكلية للفضاء ، إلخ ، إلخ.
سبيكة قائمة على النيكل: مع قوة درجات الحرارة العالية الممتازة ، ومقاومة التآكل ومقاومة الأكسدة ، غالبًا ما يتم استخدامها في تصنيع مكونات درجة الحرارة العالية مثل محركات الطائرات وتوربينات الغاز.
ميزة
درجة عالية من حرية التصميم: القدرة على تحقيق تصنيع الأشكال والهياكل المعقدة ، مثل هياكل الشبكة ، والهياكل المحسنة من الناحية الطوبولوجية ، وما إلى ذلك ، والتي من الصعب أو المستحيل تحقيقها في عمليات التصنيع التقليدية ، توفر مساحة ابتكار أكبر لتصميم المنتج ، ويمكن أن تنتج أجزاء أخف وزنا وعالية الأداء.
تقليل عدد الأجزاء: يمكن دمج أجزاء متعددة في ككل ، مما يقلل من عملية الاتصال والتجميع بين الأجزاء ، وتحسين كفاءة الإنتاج ، وتقليل التكاليف ، ولكن أيضًا تحسين موثوقية المنتج واستقراره.
النماذج الأولية السريعة: يمكن أن تنتج نموذجًا أوليًا لمنتج ما في وقت قصير ، وتسريع دورة تطوير المنتج ، وتقليل تكاليف البحث والتطوير ، ومساعدة المؤسسات على رفع المنتجات بشكل أسرع.
إنتاج مخصص: وفقًا للاحتياجات الفردية للعملاء ، يمكن تصنيع المنتجات الفريدة لتلبية المتطلبات الخاصة للعملاء المختلفين ، ومناسبة للزرع الطبي والمجوهرات وغيرها من الحقول المخصصة.
قيود
جودة السطح الرديئة: إن خشونة السطح للأجزاء المعدنية المطبوعة مرتفعة نسبيًا ، وبعد العلاج مطلوب ، مثل الطحن ، التلميع ، الخلايا الرملية ، وما إلى ذلك ، لتحسين الانتهاء من السطح ، وزيادة تكلفة الإنتاج والوقت.
العيوب الداخلية: قد تكون هناك عيوب داخلية مثل المسام والجزيئات غير المستخدمة والانصهار غير المكتمل أثناء عملية الطباعة ، والتي تؤثر على الخواص الميكانيكية للأجزاء ، وخاصة في تطبيق الحمل العالي والحمل الدوري ، من الضروري تقليل الحدوث من العيوب الداخلية عن طريق تحسين معلمات عملية الطباعة واعتماد طرق ما بعد المعالجة المناسبة.
قيود المواد: على الرغم من أن أنواع مواد الطباعة ثلاثية الأبعاد المعدنية المتاحة تتزايد ، لا تزال هناك قيود على بعض المواد مقارنة بطرق التصنيع التقليدية ، وبعض المواد المعدنية عالية الأداء يصعب طباعتها وتكلفة أعلى.
مشكلات التكلفة: تكلفة معدات ومواد الطباعة ثلاثية الأبعاد المعدنية مرتفعة نسبيًا وتكون سرعة الطباعة بطيئة ، وهي ليست فعالة من حيث التكلفة مثل عمليات التصنيع التقليدية للإنتاج على نطاق واسع ، وهي مناسبة حاليًا بشكل أساسي للدفعة الصغيرة والمخصصة والمناطق ذات الأداء العالي للمنتج ومتطلبات الجودة.
التعقيد الفني: تتضمن الطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاد معايير عملية معقدة والتحكم في العملية ، والتي تتطلب المشغلين المحترفين والدعم الفني ، وتتطلب مستوى تقنيًا عاليًا وخبرة للمشغلين.
حقل التطبيق
Aerospace: تستخدم لتصنيع شفرات المحركات الهوائية ، وأقراص التوربينات ، وهياكل الجناح ، وأجزاء الأقمار الصناعية ، وما إلى ذلك ، والتي يمكن أن تقلل من وزن الأجزاء ، وتحسين كفاءة استهلاك الوقود ، وتقليل تكاليف الإنتاج ، وضمان الأداء العالي وموثوقية الأجزاء.
السيارات: تصنيع كتلة أسطوانة محرك السيارات ، قشرة الإرسال ، الأجزاء الهيكلية الخفيفة الوزن ، وما إلى ذلك ، لتحقيق تصميم خفيف الوزن للسيارات ، وتحسين الاقتصاد في استهلاك الوقود والأداء.
الطبي: إنتاج الأجهزة الطبية ، المفاصل الاصطناعية ، تقويم الأسنان ، الأجهزة الطبية القابلة للزرع ، وما إلى ذلك ، وفقًا للاختلافات الفردية للمرضى في التصنيع المخصص ، وتحسين مدى ملاءمة الأجهزة الطبية وآثار العلاج.
تصنيع القوالب: قوالب حقن التصنيع ، قوالب الصب ، وما إلى ذلك ، تقصر دورة تصنيع القوالب ، وتقليل التكاليف ، وتحسين دقة وتعقيد القالب.
الإلكترونيات: تصنيع المشعات ، الأصداف ، لوحات الدوائر للمعدات الإلكترونية ، وما إلى ذلك ، لتحقيق التصنيع المتكامل للهياكل المعقدة ، وتحسين تأثير تبديد الأداء والحرارة للمعدات الإلكترونية.
المجوهرات: وفقًا لإبداع المصمم واحتياجات العملاء ، يمكن تصنيع مجموعة متنوعة من المجوهرات الفريدة لتحسين كفاءة الإنتاج وتخصيص المنتج.