هل ستصبح الطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاد هي العملية السائدة لتصنيع القوالب؟

1. التقدم التكنولوجي: الانتقال من "التحقق من النموذج الأولي" إلى "التصنيع النهائي"
لقد قطعت تكنولوجيا الطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاد شوطا طويلا منذ أن تم استخدامها لأول مرة بشكل رئيسي للتحقق من النماذج الأولية. الآن يمكنها صنع القطع الطرفية مباشرة. قد تؤدي تقنية ذوبان طبقة المسحوق بالليزر (LPBF) إلى إنشاء هياكل معقدة يصعب صنعها باستخدام الطرق الحالية، مثل قنوات مياه التبريد المطابقة وأضلاع التعزيز الداخلية، عن طريق تكديس المساحيق المعدنية فوق بعضها البعض. هذه الهياكل مفيدة جدًا لصنع القوالب. على سبيل المثال، قد تجعل دائرة مياه التبريد المطابقة دورة التشكيل بالحقن أقصر بكثير والمنتج أفضل؛ يمكن لأضلاع التعزيز الداخلية أن تجعل القالب أقوى ويدوم لفترة أطول.

تم استخدام الطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاد بنجاح في صناعة الطيران لتصنيع أجزاء مهمة مثل شفرات التوربينات وفوهات وقود المحرك. إن تصنيع نوع معين من فوهة وقود المحرك بالطريقة القديمة-يتطلب تجميع عشرات الأجزاء معًا. ومع ذلك، مع تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد، يتم تحويلها إلى بنية واحدة أكثر تعقيدًا. وهذا لا يجعلها أخف وزنًا وأكثر متانة فحسب، بل يؤدي أيضًا إلى تقصير دورة الإنتاج من أشهر إلى أسابيع. يعمل نموذج "التصنيع القائم على التصميم" على تغيير الطريقة التي تتنافس بها الشركات العاملة في مجال تصنيع المعدات المتطورة-مع بعضها البعض.

2. فعالية التكلفة-: الانتقال من "الاستكشاف-عالي التكلفة" إلى "التطبيق-الواسع النطاق"
إن فعالية تكلفة الطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاد-هي ما يجعلها ممارسة شائعة. يتضمن صنع القوالب بالطريقة-التقليدية القديمة الكثير من المراحل، مثل القطع، وتصنيع التفريغ الكهربائي، وقطع الأسلاك. وهذا يعني استخدام الكثير من الآلات والخطوات المختلفة، مما يجعل العملية مكلفة للغاية. تجمع الطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاد بين جميع الخطوات اللازمة لتحويل أي شيء إلى عنصر واحد. وهذا يجعل العملية أسهل ويقلل الحاجة إلى العمال والمعدات في الوصلات الوسطى.

على سبيل المثال، صنع قالب لجزء معين من السيارة يستخدم 5 مجموعات من المعدات، 3 مشغلين، و72 ساعة من وقت المعالجة، والتي تكلف 12,000 يوان. الآن، مع الطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاد، لا يستغرق الأمر سوى جهاز واحد، ومشغل واحد، و24 ساعة من وقت الطباعة، وانخفضت التكلفة إلى 4000 يوان، بانخفاض قدره 67%. كما تستخدم الطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاد أكثر من 95% من المادة، وأي مسحوق معدني غير مستخدم يمكن إعادة تدويره، مما يخفض أسعار المواد بشكل أكبر.

التكلفة الأولية لمعدات الطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاد مرتفعة، وسرعة الطباعة لا تزال أبطأ من صب الحقن التقليدي. ولكن إذا استمرت التكنولوجيا في التحسن وبدأ المزيد من الناس في استخدامها على نطاق واسع، فمن المرجح أن تستمر تكلفة المعدات في الانخفاض ومن المرجح أن تستمر كفاءة الطباعة في الارتفاع. على سبيل المثال، تحتاج طريقة قولبة الرذاذ اللاصق إلى إزالة الشحوم والتلبيد بعد استخدامها، ولكنها تطبع بمعدل 50 إلى 100 مرة أسرع من LPBF ومن المتوقع أن تكون مفيدة جدًا للإنتاج على نطاق واسع-.

3. سيناريو التطبيق: الانتقال من "-التخصيص العالي" إلى "الإنتاج الضخم"
تنتقل الطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاد ببطء من التخصيص العالي-إلى الإنتاج الضخم في صناعة القوالب. أصبحت الطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاد هي الطريقة الرئيسية لصنع الأجزاء الهيكلية المعقدة والقطع الأساسية في مجالات مثل الفضاء والدفاع. شقت الطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاد طريقها تدريجيًا إلى عدة مراحل من تصنيع القوالب في قطاعات مثل صناعة السيارات والإلكترونيات الاستهلاكية. وذلك لأنه يمكن أن يتكيف بسرعة مع تغييرات التصميم ويصنع مجموعات صغيرة من المنتجات المخصصة.

في قطاع الإلكترونيات الاستهلاكية، على سبيل المثال، مع زيادة سرعة تكرار المنتج، كان لا بد من أن تكون القوالب أكثر مرونة واستجابة. يمكن لتكنولوجيا الطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاد تحويل نماذج التصميم بسرعة إلى قوالب حقيقية، وتستغرق عملية التثبيت وقتًا أقل، مما يجعل دورة صنع القالب أقصر بكثير. يمكن للطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاد أن تخفض تكاليف دورة الإنتاج وتجعل الإنتاج أكثر كفاءة لتصنيع دفعات صغيرة من أنواع مختلفة من المنتجات المقولبة بالحقن.

أظهرت الطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاد أيضًا الكثير من الوعود لإصلاح القوالب وإعادة تصنيعها. باستخدام طرق مثل ترسيب الطاقة الموجهة (DED)،-يمكن إصلاح أقسام القالب المهترئة وإعادة تصنيعها سريعًا، مما يؤدي إلى إطالة عمر القوالب وتقليل تكاليف الإنتاج.

4. تعاون السلسلة الصناعية: الانتقال من "اختراق نقطة واحدة" إلى "البناء البيئي"
يجب أن تكون الطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاد هي الطريقة الرئيسية لصنع القوالب، ويجب إنشاء نظام بيئي كامل للسلسلة الصناعية. وهذا يعني أن موردي المواد الأولية، وصانعي المعدات المتوسطة، ومقدمي خدمات التطبيقات النهائية يجب أن يعملوا معًا بشكل وثيق. ويعني ذلك أيضًا ضرورة بناء أنظمة التقييس وتطوير المواهب.

عندما يتعلق الأمر بالمواد، تعد المساحيق المعدنية-عالية الأداء مهمة جدًا للبحث والاستخدام. باستخدام تقنيات إنتاج مسحوق التذرية الجديدة، نجحت الشركات المحلية في تصنيع مساحيق سبائك التيتانيوم{2}}من الدرجة المخصصة للطيران والتي تحتوي على نسبة أكسجين أقل من مستوى معين. تتوافق الصفات الميكانيكية لهذه المساحيق مع مواصفات الأجزاء المزورة. كما أن زيادة استخدام المواد-الصديقة للبيئة يساعد أيضًا في تغيير التصنيع الأخضر. على سبيل المثال، حمض البوليلاكتيك (PLA) وغيره من المواد الحيوية القابلة للتحلل تكتسب شعبية كبيرة لدى المستهلكين.

يتميز سوق معدات الطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاد-من الدرجة الصناعية بنمط "المنافسة المزدوجة المسار" عندما يتعلق الأمر بالمعدات. وقد قامت الشركات المحلية بإجراء بدائل متباينة في الصناعات العسكرية وصناعات الطاقة الجديدة من خلال تصنيع معدات كبيرة وخفض التكاليف. قامت إحدى الشركات ببناء طابعة معدنية ثلاثية الأبعاد ضخمة جدًا، نجحت في طباعة الإطار الكامل لنوع معين من خزانات تخزين وقود الصواريخ. وهذا يدل على أن الصين هي الأفضل في العالم في تصنيع المكونات الهيكلية الكبيرة.

وضعت المنظمة الدولية للمعايير (ISO) معايير لتقنيات التصنيع المضافة التي تغطي مجالات مهمة بما في ذلك اختبار المواد ومعايرة المعدات والتأكد من الجودة العالية. كانت مجموعات الصناعة المحلية مسؤولة أيضًا عن تطوير معايير المجموعة للطباعة ثلاثية الأبعاد للأسنان، مما ساعد في الحفاظ على نظام السوق وساعد الأعمال على النمو بطريقة صحية.