يتزايد الطلب على المكونات الهيكلية خفيفة الوزن وعالية الأداء والمتطورة في قطاع الطيران يوميًا مع تقدم التكنولوجيا. في حين أن ظهور تكنولوجيا الطباعة ثلاثية الأبعاد قد أدى إلى تحسينات جذرية في قطاع تصنيع الطيران، فإن تقنيات التصنيع التقليدية تفرض أحيانًا قيودًا كبيرة في هذه القطاعات. من بينها، تم تسهيل التقدم في تكنولوجيا الطباعة ثلاثية الأبعاد للفضاء بشكل كبير من خلال دراسة وتطوير مساحيق معدنية محسنة.
الطباعة ثلاثية الأبعاد، والتي يشار إليها أحيانًا باسم تكنولوجيا التصنيع المضافة، هي تقنية لتراكم المواد طبقة تلو الأخرى لإنشاء عناصر ثلاثية الأبعاد. تتميز تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد باستخدام أفضل للمواد ودورات تصنيع أسرع وحرية تصميم أكبر من التصنيع الطرحي التقليدي أو بدائل تصنيع المواد المتساوية. يتم تطبيق تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد على نطاق واسع في مجالات الطيران بما في ذلك التصنيع خفيف الوزن، وتحسين مكونات المحرك، وتصنيع الطائرات بدون طيار، وتصنيع مكونات الطائرات.
لا سيما في صناعة الطيران، حيث توجد احتياجات عالية جدًا لأداء المسحوق المعدني، يعد المسحوق المعدني مادة خام مهمة لتكنولوجيا الطباعة ثلاثية الأبعاد. تتطلب المساحيق المعدنية عالية الجودة خصائص تشمل الكروية الجيدة، وقابلية التدفق، والتوزيع المناسب لحجم الجسيمات، والنقاء العالي. تؤثر هذه الخصائص بشكل مباشر على جودة وأداء السلع المطبوعة ثلاثية الأبعاد، لذلك أصبح تطوير مساحيق معدنية محسنة هو المحرك الرئيسي لتحسين تكنولوجيا الطباعة ثلاثية الأبعاد للطيران.
هناك طريقتان للتحضير غالبًا ما تستخدمان في دراسة وتطوير المساحيق المعدنية وهما طريقة ذرية الأرجون بالصهر بالحث الفراغي (VIGA) وطريقة قطب البلازما الدوار (PREP). يمكن لطريقة PREP إعداد مساحيق معدنية ذات كروية عالية، وسطح أملس، وتوزيع ضيق لحجم جسيمات المسحوق، وقابلية جيدة للتدفق، والتي تتمتع بمزايا فريدة في مجال الطباعة ثلاثية الأبعاد؛ تتميز طريقة VIGA بإنتاجية عالية من المسحوق الناعم ولكنها تعاني من مشاكل مع المسحوق المجوف ومسحوق الأقمار الصناعية. سيساعد تطوير وتحديث جيل جديد من تكنولوجيا ومعدات مسحوق الانحلال الكهربائي بأقطاب البلازما الدوارة على تحسين إنتاجية المسحوق الناعم وكفاءة الإنتاج، وبالتالي تحسين جودة مسحوق PREP.
بصرف النظر عن تحسين تقنية التحضير، فإن أداء المسحوق المعدني يتأثر كثيرًا بنقائه. بالنسبة لاستخدامات معينة مثل الفضاء الجوي، يكون لدى المستهلكين معايير دقيقة تمامًا لنقاء مسحوق المعدن. محتوى الأكسجين في مسحوق سبائك التيتانيوم هو {{0}}.007% إلى 0.013%؛ يجب تنظيم محتوى الأكسجين لمسحوق السبائك عالي الحرارة بين 0.006% و0.018%؛ ومحتوى الأكسجين من مسحوق الفولاذ المقاوم للصدأ هو 0.010% إلى 0.025%. تضمن معايير النقاء الصارمة هذه مؤشرات مهمة مثل القوة الميكانيكية للعناصر المطبوعة ثلاثية الأبعاد، ومقاومة التآكل، والأداء في درجات الحرارة العالية.
تعتمد الطباعة الفضائية ثلاثية الأبعاد أيضًا بشكل كبير على توزيع حجم جسيمات المسحوق المعدني. تتطلب تقنيات الطباعة ثلاثية الأبعاد المتنوعة وطرق التشكيل معايير متنوعة لتوزيع حجم جسيمات المسحوق. بالنسبة للطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاد، فإن نطاق حجم جسيمات المسحوق الأكثر استخدامًا في الوقت الحاضر هو 15-150 ميكرومتر. نظرًا لبقعها المركزة الدقيقة وذوبانها البسيط للمسحوق الناعم، فإن الطابعات التي تعمل بالليزر كمصادر للطاقة مناسبة لاستخدام مساحيق تتراوح من 15 إلى 53 ميكرومتر؛ تتميز الطابعات التي تستخدم حزم الإلكترون كمصادر للطاقة ببقع ضوئية أكثر خشونة إلى حد ما، لذا فهي مناسبة بشكل أفضل لصهر المساحيق الخشنة ولاستخدام مساحيق تتراوح من 53 إلى 105 ميكرومتر. يمكن استخدام المسحوق الذي يبلغ حجم جسيماته 105-150 ميكرومتر في طابعات تغذية المسحوق المحورية.
أحد المحددات الحاسمة الأخرى لتدفق مسحوق المعدن هو كرويته. بشكل عام، تكون سيولة جسيمات المسحوق أفضل كلما زادت كرويتها. لضمان توزيع المسحوق وتغذيته بشكل لا تشوبه شائبة أثناء الطباعة، تحتاج الطباعة ثلاثية الأبعاد للمسحوق المعدني إلى كروية تزيد عن 98%. تقنيات التحضير الرئيسية للمساحيق المعدنية المطبوعة ثلاثية الأبعاد عالية الجودة هي تقنيات الهباء الجوي والأقطاب الكهربائية الدوارة؛ وبالتالي، فإن شكل المسحوق الناتج عن هاتين العمليتين يكون في الأساس كرويًا، مما يلبي المعايير العالية للطباعة ثلاثية الأبعاد.
وبصرف النظر عن تكنولوجيا الطباعة ثلاثية الأبعاد للطائرات، فإن البحث والتطوير لمساحيق معدنية جديدة يدعم ابتكار وتطوير تكنولوجيا تعدين المساحيق. باستخدام تقنيات تشمل ضغط وتلبيد مساحيق المعادن، تعد تعدين المساحيق طريقة متطورة لمعالجة المواد تنتج أجزاء مختلفة. يتم تطبيق تعدين المساحيق الفضائية على نطاق واسع لإنتاج إنشاءات خفيفة الوزن ومكونات معقدة الشكل. لقد تم تطوير تكنولوجيا تعدين المساحيق وصقلها بشكل أكبر مع ظهور تكنولوجيا الطباعة ثلاثية الأبعاد، وبالتالي توليد تكنولوجيا تصنيع مركبة من "الطباعة ثلاثية الأبعاد + تعدين المساحيق".
إحدى التقنيات الجديدة التي تجمع بين تقنيات الطباعة ثلاثية الأبعاد وتعدين المساحيق هي طباعة المسحوق (PEP). أولاً، يتم خلط مساحيق المعادن/السيراميك باستمرار مع مواد رابطة عضوية لصنع الكريات، ثم تقوم هذه التقنية بعد ذلك بقولبتها باستخدام طابعة ثلاثية الأبعاد، وإزالة المواد الرابطة من الفراغات المنتجة، وأخيرًا تكثيفها من خلال التلبيد لإنتاج سلع ذات أداء ثابت ومتميز. بصرف النظر عن التحضير الخالي من العفن، تعمل تقنية PEP على زيادة قدرة المعالجة للمكونات عالية الصعوبة والتعقيد، وبالتالي تقدم حل إنتاج أكثر فعالية ومرونة لقطاع الطيران.
https://www.china-3dprinting.com/metal-3d-printing/metal-3d-printing-optimizes-fluid-manifolds.html