المنشورات الشائعة-طرق المعالجة والتشطيب للأجزاء المعدنية المطبوعة ثلاثية الأبعاد

نادرًا ما تترك الأجزاء المعدنية المطبوعة ثلاثية الأبعاد غرفة التصميم في حالتها النهائية القابلة للاستخدام. نظرًا لأن-الأسطح المطبوعة تحمل عادةً خطوط طبقات مرئية، وجزيئات مسحوق ملبدة أو ذائبة جزئيًا، وتدعم-علامات شاهد البنية التي يجب معالجتها قبل أن يصبح الجزء جاهزًا للاستخدام الوظيفي أو التجميع أو العرض الجمالي. تتضمن طرق التشطيب الشائعة للأجزاء المعدنية المطبوعة ثلاثية الأبعاد الصنفرة اليدوية، والسفع الرملي، والطحن، والطحن الاهتزازي/الطرد المركزي، وتصنيع الآلات بالتدفق الكاشطة (شحذ البثق)، والطلاء الكهربائي والتلميع الكهربائي، والتصنيع الدقيق، والطحن، وEDM (تصنيع التفريغ الكهربائي). تفاصيل كل طريقة موضحة أدناه.

تستخدم الصنفرة أدوات مثل ورق الصنفرة والملفات لكشط سطح الجزء ميكانيكيًا يدويًا مباشرةً، ويمكن أن تحسن خشونة السطح بشكل كبير. يمكن للأجزاء المصقولة أن تشهد تحسنًا في تشطيب السطح بعامل من ثلاثة إلى خمسة، وتكون هذه الطريقة فعالة بشكل خاص في إزالة خطوط الطبقات والحواف الحادة وعيوب السطح المحلية الأخرى المتبقية من عملية الطباعة. تتميز عملية الصنفرة اليدوية بالمرونة - حيث يمكن للمشغل تركيز الانتباه في المكان المطلوب بالضبط، والعمل حول الأشكال الهندسية المعقدة التي قد تواجه العمليات الآلية صعوبة في الوصول إليها - ولكنها تتطلب عمالة-مكثفة وبطيئة نسبيًا. ولهذا السبب، فإنها تميل إلى أن تكون أكثر ملاءمة لدفعات الإنتاج الصغيرة أو للتشطيب الموضعي المستهدف على ميزات محددة لجزء ما بدلاً من المعالجة الشاملة لعملية الإنتاج بأكملها.

يستخدم السفع الرملي الهواء المضغوط لدفع وسط كاشط - من أكسيد الألومنيوم، أو خرزات من الفولاذ المقاوم للصدأ، أو خرزات زجاجية، من بين خيارات أخرى - على سطح الجزء بسرعة عالية، مما يؤدي إلى إنتاج لمسة نهائية غير لامعة أو لامعة موحدة اعتمادًا على الوسائط المحددة. وتشمل مزاياها ما يلي:

الإزالة السريعة للخدوش السطحية وعلامات الأدوات التي خلفتها عملية البناء؛

لا يوجد تغيير في دقة أبعاد الجزء، حيث تتم المعالجة عادةً في بضع دقائق فقط؛

كثافة معالجة قابلة للتعديل من خلال التحكم في ضغط الهواء - يمكن استخدام الضغط المنخفض لتغيير لون السطح ومظهره، بينما يتيح الضغط العالي إزالة نتوءات الحواف الحادة والنتوءات الصغيرة.

يعتبر السفع الرملي مناسبًا تمامًا للمعالجة المجمعة للأجزاء ذات الأشكال الهندسية المعقدة، نظرًا لأن نمط الرش يمكن أن يصل إلى التجاويف وحول الخطوط التي يصعب الوصول إليها باستخدام أدوات كاشطة صلبة، مما يجعلها واحدة من طرق التشطيب الأكثر تنوعًا والمستخدمة على نطاق واسع لأجزاء AM المعدنية.

يؤدي التقليب إلى وضع الأجزاء معًا مع الوسائط الكاشطة - مثل الوسائط الخزفية أو الوسائط الفولاذية - داخل أسطوانة أو برميل دوار، حيث يعمل الاحتكاك الميكانيكي بين الأجزاء والوسائط على تنعيم السطح بمرور الوقت. تشمل الخصائص الرئيسية لهذه الطريقة ما يلي:

وهو مناسب بشكل أفضل للأجزاء ذات الأشكال الهندسية البسيطة نسبيًا، مثل المكونات الأسطوانية أو الكتلية-، حيث يمكن لحركة التقليب أن تؤدي إلى اتصال متسق عبر السطح؛

يمكن معالجة أجزاء متعددة في وقت واحد، مما يمنح الطريقة إنتاجية عالية نسبيًا لإنهاء الدفعة؛

فعاليته على الأسطح الداخلية أو الهياكل المعقدة محدودة، نظرًا لأن الوسائط المتداعية قد لا تكون قادرة على الوصول إلى القنوات الداخلية أو التجاويف العميقة أو الهياكل الشبكية المعقدة - وهو عائق حقيقي نظرًا لعدد مرات استخدام المعدن AM على وجه التحديد لإنتاج مثل هذه الأشكال الهندسية الداخلية.

يستخدم الطحن الاهتزازي والطرد المركزي أنظمة قرصية أو أسطوانية للطرد المركزي، حيث تعمل قوة الطرد المركزي على دفع الوسائط الكاشطة ضد سطح الجزء لتوفير-طاقة عالية، وتشطيب عالي الحجم-. وتشمل مزاياها الأساسية ما يلي:

إزالة سريعة للمواد، مما يجعلها مناسبة تمامًا لعمليات التلميع وإزالة الأزيز وتقريب الحواف؛

ملاءمة المعالجة المجمعة للأجزاء الصغيرة، على الرغم من أن المعدات المتخصصة المستخدمة تحمل تكلفة أولية أعلى نسبيًا من الطرق الأبسط مثل الصنفرة أو التقليب.

نظرًا لأن العملية تركز الطاقة بشكل أكثر كثافة من التقليب القياسي، فإنها يمكن أن تحقق في دقائق ما قد يستغرق إنجازه التقليب التقليدي ساعات، مما يجعلها جذابة لبيئات الإنتاج حيث تكون الإنتاجية مهمة بقدر أهمية جودة السطح.

تستخدم المعالجة بالتدفق الكاشطة، والمعروفة أيضًا باسم شحذ البثق، مكبسًا هيدروليكيًا لإجبار الوسائط الكاشطة اللزجة - المحملة بجزيئات كاشطة دقيقة - ذهابًا وإيابًا عبر الأسطح الداخلية لقطعة العمل، مثل الثقوب أو القنوات أو التجاويف، لتحقيق تشكيل دقيق من الداخل إلى الخارج. وتشمل خصائص هذه الطريقة ما يلي:

تحكم دقيق في هندسة السطح الداخلي، قادر على تشكيل أنصاف أقطار متسقة أو إزالة نتوءات من الممرات الداخلية؛

يعد التطبيق على المناطق التي يصعب أو يستحيل على عمليات التلميع التقليدية الوصول إليها - من القنوات الداخلية والتجاويف المعقدة مثالًا رائعًا، ومنطقة تنتج فيها الطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاد بشكل متكرر أشكالًا هندسية لا يمكن للتشطيب التقليدي الوصول إليها ببساطة؛

يمكن التحكم في إزالة المواد، على الرغم من أن وقت المعالجة يميل إلى أن يكون أطول من الطرق السطحية الميكانيكية، حيث يجب تمرير تدفق المواد الكاشطة عبر الجزء بشكل متكرر لتحقيق اللمسة النهائية المطلوبة.

يستخدم الطلاء الكهربائي تيارًا كهربائيًا لترسيب الأيونات المعدنية من المحلول - مثل الذهب أو الفضة أو الكروم - على سطح الجزء، مما يشكل طبقة وظيفية أو زخرفية رقيقة. وتشمل أغراضه الرئيسية تحسين مقاومة التآكل، ومقاومة التآكل، والتوصيل الكهربائي، والمظهر العام، مما يجعله خيارًا شائعًا عندما يحتاج جزء AM المعدني إلى خصائص وظيفية تتجاوز ما يمكن أن توفره المادة المطبوعة الأساسية وحدها.

وعلى النقيض من ذلك، يستخدم التلميع الكهربائي تيارًا كهربائيًا لإذابة المواد من سطح جزء ما، مما يقلل من خشونة السطح عن طريق تنعيم القمم والوديان المجهرية. وهو مناسب بشكل خاص لتلميع الأجزاء ذات الأشكال غير المنتظمة، حيث تواجه أدوات التلميع الميكانيكية صعوبة في الحفاظ على تلامس متساوٍ، كما يمكنها تحسين مظهر السطح بشكل كبير وتقليل عيوب السطح المرتبطة بالاحتكاك.

تتطلب كلتا العمليتين تحكمًا دقيقًا في كثافة التيار وتكوين الإلكتروليت لتحقيق نتائج متسقة وقابلة للتكرار. الفرق الرئيسي بينهما هو أن الطلاء الكهربائي عبارة عن عملية مضافة - يتم ترسيب المادة على السطح - بينما التلميع الكهربائي عبارة عن عملية طرح - تتم إزالة المادة من السطح. إن فهم هذا التمييز مهم في الممارسة العملية، نظرًا لأن اختيار الاختلاف الخاطئ لمتطلبات التسامح المحددة يمكن أن يضيف سمكًا غير مرغوب فيه أو يزيل مادة أكثر مما يمكن أن يتحمله بدل الأبعاد للجزء.

تستخدم الآلات والطحن طواحين ومخارط ومعدات مماثلة تعمل بالتحكم الرقمي الحاسوبي (CNC) لقطع المواد مباشرة بعيدًا عن الجزء، مما يحقق -دقة عالية في التحكم في الأبعاد والشكل. يمكن أن تصل التشطيبات السطحية التي يمكن تحقيقها من خلال هذا المسار إلى أقل من Ra 0.8μm، وهو مستوى من النعومة لا يمكن أن تتطابق معه معظم الأسطح النهائية -المطبوعة أو الوسائط-من تلقاء نفسها.

تستخدم معالجة التفريغ الكهربائي (EDM) تفريغ الشرارة الكهربائية بين القطب وقطعة العمل لتآكل المواد، مما يجعلها مناسبة تمامًا لإنهاء السبائك الصلبة أو التجاويف الداخلية المعقدة التي يصعب الوصول إليها باستخدام أداة القطع. عيبها الرئيسي هو سرعة المعالجة، والتي تميل إلى أن تكون أبطأ بكثير من الآلات التقليدية.

يتطلب كل من التصنيع/الطحن والتصنيع الإلكتروني (EDM) معدات متخصصة ومشغلين ماهرين، ويتم تخصيصهما بشكل عام للأجزاء ذات متطلبات التسامح الصارمة - تعتبر مكونات الفضاء الجوي مثالًا تمثيليًا، حيث تؤثر دقة الأبعاد وسلامة السطح بشكل مباشر على أداء القطعة وهوامش السلامة.

يعتمد اختيار طريقة التشطيب المناسبة للجزء المعدني المطبوع ثلاثي الأبعاد على الهندسة الهيكلية للجزء ومتطلبات الدقة وحجم الإنتاج المعني. تعتبر الطرق الميكانيكية مثل الصنفرة والسفع الرملي مناسبة تمامًا لمعالجة الأسطح السريعة ذات الأغراض العامة- حيث يكون الوقت اللازم للتنفيذ أكثر أهمية من تحقيق أضيق التفاوتات الممكنة. عادةً ما يتم اختيار الطرق الكيميائية والكهروكيميائية مثل التلميع الكهربائي والطلاء الكهربائي لتحسين الأداء الوظيفي - مقاومة التآكل أو التوصيل أو خصائص التآكل - وليس لأسباب تجميلية بحتة. يتم حجز العمليات -عالية الدقة مثل التصنيع والتصنيع الإلكتروني للأجزاء التي يجب أن تفي بمتطلبات التسامح الصارمة، حيث يتم تبرير التكلفة الإضافية ووقت المعالجة من خلال مدى أهمية التطبيق.

في الإنتاج العالمي-الواقعي، من الشائع الجمع بين العديد من هذه الطرق ضمن سير عمل نهائي واحد - على سبيل المثال، السفع الرملي لجزء ما لإزالة حجم السطح وتوحيد مظهره، متبوعًا بالتصنيع المستهدف على أسطح التزاوج الحرجة، والتشطيب بالتلميع الكهربائي للحصول على سطح أملس ومقاومة محسنة للتآكل على المكون النهائي. يتيح هذا النوع من النهج متعدد الطبقات للمصنعين تحقيق التوازن بين التكلفة والإنتاجية وجودة الجزء النهائي، بدلاً من الاعتماد على أي طريقة معالجة ما بعد-مفردة لتلبية كل المتطلبات في وقت واحد.