حالة الخلفية
باستخدام تقنية الصهر بالليزر - إحدى تقنيات الطباعة ثلاثية الأبعاد - أدى التعاون العلمي والصناعي إلى إنشاء محرك احتراق داخلي يقل وزنه بنسبة 21٪ تقريبًا في مشروع "Leichtbau Motor". وقد أثار هذا التأثير الملحوظ في خفض الوزن الكثير من الاهتمام، خاصة في قطاع الطيران حيث يعتمد أداء الطائرات وكفاءتها على التصميم خفيف الوزن.
الأفكار التقنية
من خلال تكديس المواد طبقة تلو الأخرى، تعد تقنية الطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاد طريقة تصنيع إضافية تحول النماذج الرقمية إلى نماذج مادية. الفكرة الأساسية هي إنتاج نموذج ثلاثي الأبعاد للمنتج المقصود باستخدام برنامج التصميم بمساعدة الكمبيوتر (CAD)، ثم تقطيع النموذج وتحلله إلى عدة طبقات رقيقة، مما يؤدي إلى إنتاج مسار الطباعة لكل طبقة رقيقة. بعد اختيار الطابعة والمواد ثلاثية الأبعاد المناسبة، انقل الملفات المقطعة إلى الطابعة للطباعة طبقة تلو الأخرى وأخيرًا قم بإنهاء إنتاج الكائن.
فحص الحالة
تصميم لتقليل وزن علبة المرافق ورأس الأسطوانة
قرر طاقم مشروع "Leichtbau Motor" زيادة أداء رأس أسطوانة المحرك وعلبة المرافق إلى الحد الأقصى. شهدت هاتان المسبوكتان من سبائك الألومنيوم انخفاضًا ملحوظًا في الوزن بعد إعادة تصنيع تكنولوجيا الطباعة ثلاثية الأبعاد.
غطاء الاسطوانة:
ومن خلال التحسين الطوبولوجي لرأس الأسطوانة، تم خفض وزن رأس الأسطوانة المعاد بناؤه بمقدار 2.3 كجم، وبالتالي أقل بنسبة 22% من المكون الأصلي.
تم تعزيز القسم الذي يتعرض لضغط ميكانيكي كبير من أجل ضمان القوة بعد تخفيض الوزن. تنتج الحزم المزدوجة على شكل حرف T (IPB) جنبًا إلى جنب مع الأدراج المغلقة المدمجة نسبة التخفيض المثالي للوزن إلى نسبة الاحتفاظ بالصلابة.
يعمل نظام التبريد المبتكر ذو التدفق المتقاطع على تقليل درجة الحرارة في غرفة الاحتراق بنسبة تصل إلى 40% عن طريق استخدام خط تبريد منفصل بدلاً من سترة المياه ذات السعة الكبيرة، وبالتالي تقليل كمية المياه اللازمة.
علبة المرافق:
تصميمات لتقليل الوزن: تزن علبة المرافق المُعاد بناؤها أقل من 5.1 كجم. تم تصميمها على شكل تنورة قصيرة مع لوحة قاعدة من الألومنيوم، حيث تستبدل علبة المرافق غطاء المحمل الفولاذي بلوحة القاعدة، وبالتالي تقليل احتكاك المحمل الرئيسي لمحرك الديزل.
يتم تعزيز هياكل الحمل الأفقية المفتوحة الموجودة في قسم علبة المرافق بمواد مركبة مضلعة في أماكن مناسبة. يأتي التعزيز الإضافي من أنبوبين متصلين خفيفي الوزن بالقرب من محور التوازن.
تحسين المواد هو أن راتينج الفينول المقوى بالألياف الزجاجية يشكل الغطاء الجانبي لعلبة المرافق، وبالتالي يوفر حوالي 15% من الوزن.
تحسين دائرة الزيت وأنبوب العادم
ماسورة العادم: تتم طباعة الطبقة العازلة مباشرة باستخدام تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد، وبالتالي تسريع توليد الحرارة في نظام المعالجة اللاحقة لغاز العادم.
تحسين دوائر الزيت: أثناء التشغيل البارد والتشغيل المنتظم، توفر دائرة الزيت الأفضل فوائد إضافية. تعمل الأسلاك الجديدة (الانحناء بدلاً من الانحراف الحاد) والتحسينات المقطعية على تقليل فقد الضغط في رأس الأسطوانة وعلبة المرافق بنسبة 22٪.
تطبيقات الفوائد
تصميم خفيف الوزن: من خلال هياكل الطباعة المثالية ونوعية المواد المحسنة، تحقق تقنية الطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاد تصميمًا خفيف الوزن لمكونات الطيران، وبالتالي تعزيز أداء وكفاءة الطائرات بشكل كبير.
باعتبارها تقنية تصنيع مضافة، تمنع تقنية الطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاد بشكل أساسي فقدان الموارد والوقت والتكاليف الأخرى في عملية "تصنيع المواد المتساوية والتصنيع الطرحي". يساعد التخصيص الشخصي على تقصير الدورة الإبداعية وزيادة كفاءة التصنيع.
التصنيع ببنية معقدة: يمكن لتقنية الطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاد أن تترجم نماذج التصميم بمساعدة الكمبيوتر (CAD) على الفور إلى نماذج مادية لمكونات الطيران ذات الهياكل المعقدة، وبالتالي تحقيق النسخ المتماثل الدقيق من واحد إلى --ومواجهة التحدي المتمثل في صعوبة إعادة الإنتاج في تقنيات التصنيع التقليدية.
تتمتع بعض مكونات الطيران في قطاع الطيران بعمر خدمة محدود وتحتاج إلى صيانة وإصلاح منتظمين. يساعد الإنتاج السريع للمكونات والاستعادة الدقيقة للمناطق المتضررة بفضل تقنيات الطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاد على توفير تكاليف الإنتاج.
https://www.china-3dprinting.com/metal-3d-printing/mjf-3d-printing-nylon-pa12-car-parts.html