كيف يمكن للطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاد أن تحقق -تشكيلًا عالي الدقة للقوالب؟

一, المبدأ الفني: من تجمع الذوبان الصغير إلى الدقة الكلية والتحكم الدقيق
الفكرة الرئيسية وراء الطباعة ثلاثية الأبعاد للمعادن هي صهر مسحوق المعدن طبقة بعد طبقة باستخدام مصادر حرارة عالية الطاقة. وهذا يجعل من الممكن الانتقال مباشرة من النماذج الرقمية إلى الأجزاء الحقيقية. على سبيل المثال، يتضمن تدفق العملية لتقنية الصهر الانتقائي بالليزر (SLM) أربع خطوات رئيسية:
نشر المسحوق: تقوم آلية الكاشطة ثنائية الاتجاه بتوزيع المسحوق المعدني بالتساوي عبر طاولة العمل. يمكن تنظيم سمك الطلاء بدقة شديدة، بين 5 و50 ميكرومتر، مما يوفر الأساس لدقة مستوى الميكرومتر-.
المسح بالليزر: تعمل عدسة ثيتا- على تركيز شعاع الطاقة العالي-من ألياف الليزر بقدرة 200 وات لإنشاء بقعة يبلغ قطرها أقل من 100 ميكرومتر. يتم صهر المسحوق على طول مسار محدد مسبقًا بسرعة 3000 مم/ثانية، ويبلغ عرض البركة المنصهرة حوالي ضعفين إلى ثلاثة أضعاف قطر البقعة.
تكديس طبقة تلو الأخرى: بعد ذوبان كل طبقة، تنخفض طاولة العمل بارتفاع طبقة واحدة، وتتكرر عملية ذوبان طبقة المسحوق حتى يتم تحقيق تكوين صلب ثلاثي الأبعاد من خلال تكديس طبقة تلو الأخرى.
التحكم في الجو: حافظ على غرفة التشكيل مملوءة بغاز خامل يحتوي على أقل من 0.1% من الأكسجين. سيؤدي ذلك إلى منع أكسدة المعدن والحفاظ على استقرار أداء المادة.
تتيح طريقة ذوبان الطبقة تلو الأخرى إمكانية إنشاء أشكال معقدة داخل القالب يصعب التعامل معها باستخدام الطرق التقليدية. على سبيل المثال، يمكن لمعدات Platinum BLT-S400 التحكم في الحد الأدنى لحجم الميزة في حدود 100 ميكرومتر وخشونة السطح الأصلية Ra في حدود 8 ميكرومتر لحجم القالب 400 × 300 × 400 مم ³ من خلال المسح التعاوني المتعدد - بالليزر. وهذا يوفر دعمًا للأجهزة لصنع القوالب بدقة عالية جدًا.
2، أربع طرق رئيسية لتحسين الدقة باستخدام التكنولوجيا
1. قناة تبريد مرنة تنتقل من توزيع الحرارة بالتساوي إلى التحكم الدقيق في درجة الحرارة
يستخدم نظام تبريد القالب النموذجي ثقوبًا مستقيمة أو تقنيات حفر، كما أن ترتيب دائرة مياه التبريد محدود. هذا يمكن أن يتسبب بسهولة في أن يكون للقالب توزيع غير متساوٍ لدرجة الحرارة، مما قد يؤدي إلى مشاكل مثل تشوه المنتج وانكماشه. لقد تجاوزت تكنولوجيا الطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاد هذا الحاجز. مع التصميم الأمثل للطوبولوجيا، يمكن تصنيع قناة تبريد متوافقة تناسب شكل تجويف القالب بشكل مثالي داخل القالب.
تستخدم تقنية Platinum قالب BLT-18Ni300 من الفولاذ والطباعة ثلاثية الأبعاد لجعل قطر قناة مياه التبريد 2-3 مم وتباعد قناة الماء 5-8 مم. وهذا يتيح لسائل التبريد أن يؤثر بشكل مباشر على المناطق ذات درجة الحرارة المرتفعة. تشير البيانات التجريبية إلى أن نظام التبريد المحسن قد يقلل فرق درجة حرارة سطح القالب من 15-20 درجة في الإجراءات التقليدية إلى أقل من 5 درجات، ويقلل دورة التشكيل بالحقن بنسبة 15% -30%، ويعزز إنتاجية المنتج بأكثر من 10%.
2. هيكل خفيف الوزن: من إزالة المواد إلى تحسين الهيكل
عند صنع القوالب بالطريقة-التقليدية القديمة، تتم إزالة المواد الزائدة عن طريق المعالجة الميكانيكية. وهذا يكلف الموارد ويجعل من الصعب إنشاء هياكل داخلية معقدة. باستخدام أساليب تحسين الطوبولوجيا، قد تؤدي الطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاد إلى إزالة العناصر غير المطلوبة بدقة مع الحفاظ على قوة القالب، مما يؤدي إلى تصميم خفيف الوزن.
على سبيل المثال، بعد استخدام تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد لصنع قالب لأجزاء السيارة، انخفض الوزن بنسبة 35%، كما انخفضت تكلفة المواد بنسبة 28%. في نفس الوقت، التصميم خفيف الوزن يجعل القالب أقل ثقلاً، ويقلل الوقت المستغرق لتغيير القالب بنسبة 40%، ويزيد بشكل كبير من كفاءة الإنتاج. ومن خلال ملء الأقسام غير المحملة-بحمل-بهياكل شبكية، يمكن تقليل الوزن بشكل أكبر دون فقدان الصلابة. هذه طريقة جديدة لجعل القوالب أخف وزنا.
3. تكامل الوظائف المعقدة: من هيكل واحد إلى العديد من الوظائف
تتميز الطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاد بميزات تصنيع ذات طبقات تجعل من الممكن دمج العديد من الهياكل الوظيفية في القوالب. على سبيل المثال، في قوالب الحقن، يمكن دمج آلية القاذف، والمنزلق، ودائرة مياه التبريد، وأجزاء أخرى في جزء واحد لجعل عملية التجميع أسهل وأقل احتمالية للخطأ. في سيناريو القالب الطبي، صنعت الطباعة ثلاثية الأبعاد القالب الذي كان يحتاج إلى 12 جزءًا ليتم تجميعها معًا في جزأين فقط. أدى هذا إلى تقليل الوقت المستغرق لتجميع القالب من 8 ساعات إلى 1.5 ساعة وحافظ على تفاوت الأبعاد ضمن ± 0.02 مم.
4. الابتكار في المواد: من السبائك العالمية إلى المواد المخصصة
يمكن أن تعمل الطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاد مع مجموعة كبيرة من المواد، بما في ذلك الفولاذ المقاوم للصدأ وسبائك الألومنيوم وسبائك التيتانيوم والسبائك- القائمة على النيكل. ويمكنه أيضًا تغيير خصائص المواد عن طريق تغيير تركيبة المسحوق. على سبيل المثال، في صناعة الطيران، يمكن للقوالب المصنوعة من Inconel 718، وهي سبيكة أساسها النيكل-، أن تظل قوية ومقاومة للتآكل حتى عند درجات حرارة تصل إلى 650 درجة، وهو ما يلزم لظروف العمل القاسية للغاية. في المجال الطبي، يمكن لإدارة المسامية (30-70٪ قابلة للتغيير) وحجم المسام (200-600 ميكرومتر) لسبائك التيتانيوم أن تساعد الغرسات والعظام البشرية على العمل معًا بشكل أفضل، مما قد يجعل الجراحة أكثر نجاحًا.
3، تكنولوجيا ما بعد-المعالجة: بدءًا من القولبة الأولية وحتى الدقة المثالية
على الرغم من أن دقة التشكيل الأصلية للطباعة ثلاثية الأبعاد للمعادن تكون على مستوى الميكرومتر، إلا أن تكنولوجيا ما بعد المعالجة-لا تزال بحاجة إلى إضافتها للوفاء بالمعايير الصارمة لجودة سطح القالب ودقة الأبعاد وأشياء أخرى.
المعالجة الحرارية هي إجراء يتخلص من الإجهاد المتبقي ويحسن البنية الدقيقة للمواد. بعض الأمثلة هي التلدين بالمحلول والمعالجة بالعمر. على سبيل المثال، يمكن أن تنتقل صلابة فولاذ الأدوات H13 من 38HRC إلى 52HRC بعد معالجة المحلول عند 1050 درجة ومعالجة التقادم عند 620 درجة. كما أن مقاومة التآكل تتحسن كثيرًا.
المعالجة السطحية: لجعل السطح أفضل، يتم استخدام السفع الرملي، التلميع، الطلاء الكهربائي، وطرق أخرى. من خلال التلميع الميكانيكي، تم تقليل خشونة السطح لعلبة قالب دقيقة معينة من Ra8 ميكرومتر إلى Ra0.4 ميكرومتر. وهذا يلبي معايير قولبة الحقن لمنتجات الدرجة البصرية.
التصنيع الدقيق: الطحن باستخدام الحاسب الآلي أو تصنيع EDM للعناصر المهمة مع تفاوتات صارمة في الحجم. على سبيل المثال، يتم تصنيع قالب موصل معين باستخدام كل من الطباعة ثلاثية الأبعاد والتصنيع المركب باستخدام الحاسب الآلي، ويتم الاحتفاظ بخلوص التزاوج في حدود 0.005 مم، وهو أعلى مستوى في العالم.