هل يمكن للطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاد أن تنتج تجاويف العفن مباشرة؟

ثانيا, الجدوى الفنية: الانتقال من المختبر إلى خط التصنيع
1. تغطية كاملة لنظام المواد
يمكن الآن للطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاد العمل مع جميع المواد التي تُستخدم عادةً لصنع القوالب. على سبيل المثال، قد تقوم تقنية ذوبان طبقة المسحوق بالليزر (LPBF) بطباعة مواد القالب الكلاسيكية بما في ذلك فولاذ الأدوات H13، وفولاذ القالب P20، والفولاذ المارتنسيتي 1.2709. ومن خلال الضبط الدقيق-لإعدادات العملية، فإن المقاييس المهمة مثل الصلابة والمتانة ومقاومة التآكل للأجزاء المطبوعة قد تطابقت أو تجاوزت مواصفات المواد المطروقة. على سبيل المثال، استخدمت إحدى الشركات تقنية LPBF لعمل ثقوب القالب من الفولاذ H13. ارتفعت الصلابة إلى 52HRC بعد المعالجة الحرارية، وكان عمر الكلال الحراري أطول بنسبة 40% مقارنة بالمعالجة التقليدية. يمكنها التعامل مع أكثر من 500000 دورة من عمليات القولبة بالحقن.
أظهرت الطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاد أن لها فوائد خاصة في مجال مواد محددة. نظرًا لأن الناس كانوا يريدون مواد عالية التوصيل ومقاومة للتآكل، فقد أنشأت الشركة عملية طباعة على سبائك تعتمد على النحاس-. تتمتع هذه العملية بمعامل توصيل حراري يصل إلى 380 وات/(م · ك)، وهو أعلى بنسبة 25% من قوالب نحاس البريليوم التقليدية. نظرًا لأن الناس أرادوا مواد خفيفة الوزن، فإن تكنولوجيا طباعة سبائك الألومنيوم وسبائك التيتانيوم يمكنها تقليل وزن القالب بنسبة 30% إلى 50% مع الحفاظ على قوة الهيكل.
2. التقدم غير المحدود في التعقيد الهيكلي
صناعة القوالب التقليدية محدودة بالحدود الهندسية للمعالجة الطرحية. لصنع هياكل معقدة، يجب استخدام طرق مثل التقسيم والربط واللحام، مما يجعل القوالب أقل دقة ويقلل من عمرها الافتراضي. يمكن للطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاد أن تصنع أي شكل معقد على الفور، خاصة الأشكال الجديدة مثل قنوات التبريد المتوافقة، والفولاذ القابل للتنفس، وحشوات المصفوفة النقطية.
على سبيل المثال، يمكن لطرق الحفر التقليدية إنشاء قنوات مائية على شكل خطوط مستقيمة أو بسيطة فقط. في المقابل، يمكن للطباعة ثلاثية الأبعاد أن تصنع قنوات مائية غير منتظمة مثل الأشكال الحلزونية، وفروع الأشجار، وأشكال عروق الأوراق المحاكاة الحيوية، والتي يمكن أن تحسن كفاءة التبريد بأكثر من 40%. بعد استخدام التصميم الطوبولوجي الأمثل للقناة لقالب الشريط الزخرفي لإطار باب السيارة، ارتفع الوقت المستغرق لصنع قطعة واحدة من 120 ثانية إلى 75 ثانية، وارتفع معدل الإنتاج من 89% إلى 98%. تمكنت الشركات التي تصنع الفولاذ القابل للتنفس من إدارة الفتحة مقاس 0.04 مم بدقة باستخدام تقنية طباعة الطبقات المسامية. وقد أدى هذا إلى مضاعفة كفاءة عادم القوالب ثلاث مرات وحل المشكلات مثل خطوط اللحام والفقاعات التي تحدث عندما ينحصر الغاز.
3. التحسين المستمر لجودة السطح ودقته
واجهت الطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاد المبكرة صعوبة في تلبية-احتياجات الدقة العالية لصناعة القوالب لأن قوة ربط الطبقات البينية لم تكن قوية بدرجة كافية وكان السطح خشنًا للغاية. ولكن تم حل هذه المشكلة بفضل التقدم التقني. في الوقت الحالي،-يمكن لآلات الطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاد المتطورة تصنيع أجزاء بدقة أبعاد تبلغ ± 0.05 مم وخشونة سطح Ra أقل من أو تساوي 1.6 ميكرومتر. عند استخدامه مع التلميع، السفع الرملي، وغيرها من الخطوات، فإنه يمكن أن يجعل السطح ناعمًا مثل المرآة.
على سبيل المثال، تستخدم تقنية TrueShape من Mantle مزيجًا من "التصنيع باستخدام الحاسب الآلي ثلاثي المحاور + الرسم والطباعة + تصميم البرامج" لصنع تجاويف القالب بدقة شديدة. تقوم هذه العملية بطباعة تجويف قالب فولاذي H13 بخشونة سطحية تبلغ 0.8 ميكرومتر فقط، مما يعني أنه يمكن استخدامه في قولبة الحقن عالية اللمعان على الفور دون الحاجة إلى صقله أولاً. تسمح هذه التقنية أيضًا بالطباعة المركبة لمواد متعددة-، والتي يمكنها وضع طبقات مقاومة للتآكل على سطح القالب. هذا يمكن أن يجعل القالب يدوم أكثر من ثلاث مرات أكثر من الطرق التقليدية.
2، الممارسة الصناعية: من اختبار الأفكار إلى استخدامها على نطاق واسع
1. قوالب السيارات: ثورة مزدوجة في التكلفة والكفاءة
لقد انتقلت الطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاد إلى ما هو أبعد من مرحلة التحقق من الفكرة إلى الاستخدام على نطاق واسع-في عالم قوالب السيارات. تستخدم إحدى الشركات التي تصنع السيارات تقنية LPBF لصنع قوالب لرؤوس أسطوانات المحرك. تكون دورة التشكيل بالحقن أقصر بنسبة 37.2% وتكون تكلفة كل عنصر أقل بنسبة 22% عند تحسين تصميم قناة مياه التبريد المتوافقة. والأمر الأكثر إثارة للإعجاب هو أن هذه التقنية يمكنها "تشكيل القوالب مرة واحدة-مرة واحدة" دون الحاجة إلى الانتظار حتى يتم فتح القالب. وهذا يقلل الوقت الذي يستغرقه تطوير منتجات جديدة من 6 أشهر إلى شهرين ويسرع وقت التفاعل في السوق كثيرًا.
تعمل الطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاد أيضًا بشكل رائع لصنع قوالب خفيفة الوزن. تقوم إحدى شركات مركبات الطاقة الجديدة بتصنيع قوالب صينية البطاريات باستخدام تكنولوجيا الطباعة بسبائك الألومنيوم. تم خفض وزن القالب بنسبة 45%، والطاقة المستخدمة في قولبة الحقن بنسبة 18%، كل ذلك مع الحفاظ على قوة القالب. لقد مر القالب بـ 200,000 دورة قولبة بالحقن، وهو يعمل بشكل جيد ويمكن الاعتماد عليه.
2. القوالب الطبية: أفضل طريقة لصنع الأشياء بالطريقة التي تريدها بالضبط
تحتاج مهنة الطب إلى قوالب محددة وفردية للغاية، والطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاد هي أفضل طريقة للقيام بذلك. تستخدم إحدى الشركات التي تصنع قوالب لزراعة العظام تكنولوجيا الطباعة من سبائك الكوبالت والكروم لصنع قوالب "خاصة بالمريض". يتم عمل نموذج رقمي للقالب على الفور عن طريق الحصول على بيانات العظام من المريض من خلال الأشعة المقطعية. يمكن أن يكون القالب دقيقًا في حدود 0.02 مم بعد الطباعة ثلاثية الأبعاد، مما يعني أنه يناسب جسم المريض تمامًا. تم استخدام هذه التقنية في أكثر من 5000 إجراء، وقلصت الوقت الذي يستغرقه المرضى للتعافي بعد الجراحة بنسبة 30% وعدد المضاعفات إلى أقل من 1%.
تتمتع الطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاد أيضًا بفوائد مميزة في مجال قوالب الأجهزة الطبية. تقوم إحدى الشركات بتصنيع قوالب دعامات القلب باستخدام تقنية الطباعة بسبائك التيتانيوم. يتم تقليل خطر تجلط الدم إلى حد كبير عن طريق جعل سطح تجويف القالب ناعمًا قدر الإمكان، مما يقلل من خشونة سطح الدعامة Ra إلى أقل من أو يساوي 0.2 ميكرومتر. لقد تم اعتماد هذا القالب من قبل إدارة الغذاء والدواء (FDA) وهو أول قالب دعامة قلب مطبوع بتقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد في العالم.
3. قوالب الفضاء الجوي: الاستخدام الأمثل للمواد-عالية الأداء
تحتاج صناعة الطائرات إلى قوالب يمكنها تحمل درجات الحرارة المرتفعة، وتكون قوية جدًا، وخفيفة الوزن جدًا. تعد الطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاد طريقة جديدة للقيام بذلك. تقوم شركة معينة بتصنيع قوالب لشفرات محركات الطائرات باستخدام تقنية طباعة السبائك القائمة على النيكل-. تم قطع وزن القالب بنسبة 35% عن طريق تحسين هيكل تعبئة الشبكة، ويبقى ثابتًا عند درجة حرارة عالية تصل إلى 1200 درجة. لقد مر القالب بـ 2000 اختبار دورة حرارية، وأداءه أفضل بكثير من أداء قوالب الصب النموذجية.
تعمل الطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاد أيضًا بشكل جيد جدًا في صنع قوالب لأجزاء الأقمار الصناعية. تقوم إحدى الشركات بتصنيع قوالب حاملات الأقمار الصناعية باستخدام تكنولوجيا الطباعة بسبائك الألومنيوم. ومن خلال استخدام التصميم الأمثل للطوبولوجيا، يتم تقليل وزن القوالب بنسبة 60% مع الحفاظ على قدرتها على الاحتفاظ بوزنها، مما يقلل من تكلفة إطلاق الصواريخ. تم استخدام هذا القالب في صناعة أكثر من 10 أقمار صناعية، وهو يعمل بشكل جيد ومستمر.