هل من الضروري إجراء تصنيع دقيق باستخدام الحاسب الآلي بعد الطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاد؟

1. جوهر التكنولوجيا: قدرة المواد المضافة والطرحية على العمل معًا
الفرق الرئيسي بين التصنيع الدقيق باستخدام الحاسب الآلي والطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاد هو ما يجعلهما يعملان معًا في عملية التصنيع:
طرق مختلفة للتشكيل
الطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاد تصنع الأشياء عن طريق إذابة مسحوق المعدن طبقة واحدة في كل مرة. يُظهر السطح أنماط الطبقة النموذجية وآثار تجمع الذوبان. قد تكون هناك مشاكل في البنية المجهرية، مثل المسحوق الذي لم يندمج والمسام الصغيرة. تستخدم الآلات الدقيقة باستخدام الحاسب الآلي قطع الأدوات لإزالة المواد، مما يؤدي إلى إنشاء تأثير مرآة بـ Ra0.8 ميكرومتر أو أقل، ويمكنها إدارة تفاوتات الأبعاد في حدود ± 0.01 مم.
الحد من قدرات العملية
الطباعة ثلاثية الأبعاد لها بعض الفوائد. على سبيل المثال، يمكنها إنشاء هياكل معقدة يصعب صنعها باستخدام الطرق القديمة، مثل قنوات التبريد المتوافقة، وهياكل تخفيض الوزن الشبكية، والتجويفات ذات الزوايا المتعددة. على سبيل المثال، تستخدم إحدى شفرات محرك الطيران الطباعة ثلاثية الأبعاد لجعل الجزء الداخلي مجوفًا، مما يقلل الوزن بنسبة 40% مع الحفاظ على قوة الهيكل.
فوائد التصنيع باستخدام الحاسب الآلي: تصنيع أكثر كفاءة للأشكال الشائعة مثل الطائرات والأسطوانات، وعدم الحاجة للتعامل مع الهياكل الداعمة المتبقية. على سبيل المثال، أدى الطحن باستخدام الحاسب الآلي إلى جعل خشونة السطح لعمود نقل سيارة معين Ra0.4 ميكرومتر، وهو ما يلبي احتياجات مقاومة التآكل للدوران عالي السرعة-.
اتجاه التصنيع الهجين
أصبحت الطريقة الهجينة لـ "الطباعة ثلاثية الأبعاد + التصنيع الدقيق باستخدام الحاسب الآلي" معيارًا في الصناعة. على سبيل المثال، تستخدم إحدى الشركات التي تصنع القوالب الدقيقة الطباعة ثلاثية الأبعاد لتصنيع قلب القالب بثلاث طبقات من قنوات التبريد الداخلية. بعد ذلك، قاموا باستخدام التصنيع باستخدام الحاسب الآلي لجعل عملية التبريد أكثر كفاءة بنسبة 30% وتقليل وقت التسليم من 14 يومًا إلى 5 أيام.
2. الطلب الصناعي: معايير مختلفة لخشونة السطح
الصناعات المتميزة لديها احتياجات متميزة لجودة السطح، مما يؤثر بشكل مباشر على الحاجة إلى التصنيع الدقيق باستخدام الحاسب الآلي:
مجال الطيران
يجب أن تكون الأجزاء قادرة على تحمل الظروف القاسية (درجة الحرارة المرتفعة، والضغط العالي، والإجهاد العالي)، ويمكن أن تؤدي عيوب السطح إلى تشققات الكلال.
ومن الأمثلة الشائعة على ذلك أن التصنيع باستخدام الحاسب الآلي يقلل من خشونة سطح الختم من Ra12 ميكرومتر إلى Ra0.8 ميكرومتر عند طباعة نوع معين من فوهة محرك الصاروخ ثلاثي الأبعاد. يؤدي هذا إلى إطالة عمر الختم في درجات الحرارة العالية من 50 مرة إلى 200 مرة.
اختيار العملية: الأجزاء الرئيسية، مثل أسطح الختم وأسطح التزاوج، يجب أن يتم تصنيعها بدقة باستخدام الحاسب الآلي. يمكن للأسطح غير الحاملة-الاحتفاظ بالأنسجة المطبوعة لتوفير الوزن.
مجال الغرسات الطبية
المتطلب الأساسي: تؤثر خشونة السطح على احتمالية التصاق الخلايا العظمية وتكاثر البكتيريا.
يجب أن تتمتع الأطراف الاصطناعية لمفصل الورك المصنوعة من سبائك التيتانيوم بجودة سطح تتراوح بين Ra1.5 و2.5 ميكرومتر للسماح للعظم بالنمو داخلها. تقوم إحدى الشركات بتصنيع الأجسام الاصطناعية باستخدام الطباعة ثلاثية الأبعاد. ثم، لجعل السطح أكثر نعومة إلى Ra0.8 ميكرومتر، يستخدمون مزيجًا من التلميع الكيميائي والتلميع باستخدام الحاسب الآلي. وهذا يحافظ على البنية المسامية الدقيقة التي تم صنعها عن طريق الطباعة، مما يجعل الجسم أكثر توافقًا مع الكائنات الحية.
اختيار العملية الصحيحة: يحتاج السطح الوظيفي إلى قطع دقيق باستخدام الحاسب الآلي، في حين أن السطح الهيكلي يمكن أن يحافظ على النسيج المطبوع.
في عالم الالكترونيات الاستهلاكية
تعد نعومة السطح عاملاً رئيسياً يؤثر على شكل المنتج ومدى جودة عمله بصريًا.
في سيناريو نموذجي، أدت المعالجة باستخدام الحاسب الآلي إلى خفض خشونة سطح حامل كاميرا الهاتف المحمول المطبوعة ثلاثية الأبعاد من Ra3.2 μm إلى Ra0.05 μm. وهذا جعل الحامل يعكس ضوءًا أكثر وضوحًا، من 85% إلى 92%، وهو ما تحتاجه أنظمة الاتصالات بالليزر.
اختيار العملية: يجب أن يتم تشكيل السطح البصري بدقة CNC، في حين أن السطح الهيكلي يمكن أن يحافظ على النسيج المطبوع.
صناعة الطاقة والقوالب: يجب أن تحقق جودة السطح توازنًا بين مقاومة التآكل وسهولة العمل به.
تم استخدام قلب قالب الحقن المطبوع ثلاثي الأبعاد للسيارة لإنشاء قناة تبريد متوافقة. بعد ذلك، تم سفعه بالرمل لجعل السطح أقل خشونة، بدءًا من Ra15 ميكرومتر إلى Ra6.3 ميكرومتر. أدى هذا إلى زيادة عمر القالب من 100000 استخدام إلى 500000 استخدام.
اختيار العملية: بالنسبة للأسطح التي لا تتلامس، يمكنك استخدام طرق منخفضة التكلفة -مثل السفع الرملي. بالنسبة للأسطح التي يمكن لمسها، تحتاج إلى تصنيع دقيق باستخدام الحاسب الآلي.
3. فعالية التكلفة-: المنطق الاقتصادي لاختيار العملية
لتقرر ما إذا كنت تريد استخدام الآلات الدقيقة باستخدام الحاسب الآلي، فإنك تحتاج إلى النظر بعناية في الجدوى الفنية، ودورة التسليم، وتكلفة الإنتاج.
تقييم الجدوى الفنية
التعقيد الهيكلي: إذا كان المنتج يحتوي على ميزات يصعب تصنيعها باستخدام CNC (مثل الثقوب المتقاطعة في الداخل أو-الهياكل الرقيقة الجدران)، فقد تكون الطباعة ثلاثية الأبعاد هي الخيار الوحيد. على سبيل المثال، تقوم الطباعة ثلاثية الأبعاد بإنشاء غرفة احتراق كاملة لمحرك طائرة معين، مما يتجنب صعوبات تركيز الضغط التي قد تحدث مع طرق اللحام التقليدية.
متطلبات الدقة: هناك حاجة إلى تصنيع دقيق باستخدام الحاسب الآلي إذا كانت متطلبات التسامح أعلى مما يمكن أن تفعله الطباعة ثلاثية الأبعاد (مثل ± 0.01 مم). على سبيل المثال، يتم إجراء عملية فارغة للترس-عالي الدقة من خلال الطباعة ثلاثية الأبعاد، كما يؤدي الطحن باستخدام الحاسب الآلي إلى رفع دقة ملف تعريف الأسنان من مستوى IT8 إلى مستوى IT5.
تحسين دورة التسليم
بالنسبة للطلبات العاجلة، يمكن للطباعة ثلاثية الأبعاد تخطي خطوة تطوير القالب والاستجابة بسرعة لـ "تسليم طباعة التصميم". على سبيل المثال، استخدمت إحدى شركات مركبات الطاقة الجديدة الطباعة ثلاثية الأبعاد لصنع نموذج أولي لقوس حزمة البطارية. استغرق الإجراء بأكمله، من التصميم إلى التجميع، 48 ساعة فقط.
إذا كان حجم الدفعة كبيرًا (أكثر من 1000 قطعة)، فقد تكون المعالجة باستخدام الحاسب الآلي أرخص لإنتاج الدفعات. يمكن لشركة تصنيع الأجزاء القياسية استخدام المعالجة المجمعة باستخدام الحاسب الآلي لوصلات سبائك الألومنيوم لصنع منتج واحد أرخص بنسبة 60% من الطباعة ثلاثية الأبعاد.
السيطرة على التكلفة الإجمالية للتسليم
عند استخدام التصنيع باستخدام الحاسب الآلي، عليك أن تفكر في النفقات الضمنية مثل البرمجة، والتثبيت، واختبار القالب. ومن ناحية أخرى، يمكن للطباعة ثلاثية الأبعاد أن تقلل من تكلفة الأدوات ومخاطر تكرار التصميم. على سبيل المثال، يمكن للطباعة ثلاثية الأبعاد أن تصنع جزءًا هيكليًا معقدًا مرة واحدة، مما يقلل الوقت اللازم لتغيير الأدوات ومسارات المعالجة بنسبة 70%.
معدل استخدام المواد: تستخدم الآلات CNC عادةً ما بين 50% إلى 70% من المواد، بينما يمكن أن تستخدم الطباعة ثلاثية الأبعاد أكثر من 90%. على سبيل المثال، تقوم الطباعة ثلاثية الأبعاد بتصنيع عنصر معين من سبائك التيتانيوم، والذي يكلف 40٪ أقل من الطحن باستخدام الحاسب الآلي.