منذ ظهور تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد ، تم تطبيقها تدريجياً في تصنيع المنتجات الفعلية. من بينها ، تطور تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد للمواد المعدنية سريع بشكل خاص. في مجال الدفاع الوطني ، تعلق الدول المتقدمة في أوروبا والولايات المتحدة أهمية كبيرة على تطوير الطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاد وتستثمر مبالغ ضخمة في البحث. لطالما كانت الأجزاء المعدنية للطباعة ثلاثية الأبعاد هي محور البحث والتطبيق. لا يمكنها فقط طباعة القوالب والدراجات ، بل يمكنها أيضًا طباعة أسلحة جديدة غير مسبوقة ، ويمكنها أيضًا طباعة معدات كبيرة مثل السيارات والطائرات. كنوع جديد من تقنيات التصنيع الذكية ، أظهرت الطباعة ثلاثية الأبعاد المعدنية إمكانية تطبيق واسعة جدًا ، وأظهرت زخمًا قويًا للتطور في المزيد من المجالات مثل تصميم وتصنيع المعدات ، ودعم المعدات ، والفضاء.
ميزات الطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاد
1) دقة عالية. في الوقت الحالي ، يمكن التحكم في دقة معدات الطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاد بدرجة أقل من 0. 05 مم.
2) الدورة قصيرة. لا تتطلب الطباعة ثلاثية الأبعاد للمعادن عملية إنتاج القوالب ، مما يؤدي إلى تقصير وقت إنتاج النموذج بشكل كبير. بشكل عام ، يمكن طباعة النموذج في غضون ساعات قليلة أو حتى عشرات الدقائق.
3) يمكن تخصيصها. لا توجد حدود للطباعة ثلاثية الأبعاد على عدد النماذج المطبوعة ، بغض النظر عن إمكانية إنتاج واحد أو أكثر بنفس التكلفة.
4) تنوع المواد. غالبًا ما يحقق نظام الطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاد طباعة مواد مختلفة ، ويمكن أن يلبي تنوع هذه المواد احتياجات المجالات المختلفة.
5) التكلفة منخفضة نسبيًا. على الرغم من أن أنظمة الطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاد والمواد المعدنية للطباعة ثلاثية الأبعاد باهظة الثمن نسبيًا الآن ، إذا تم استخدامها لصنع منتجات مخصصة ، فإن تكلفة الإنتاج منخفضة نسبيًا.
تقنية الطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاد
باعتبارها أحدث التقنيات وأكثرها احتمالية في نظام الطباعة ثلاثية الأبعاد بأكمله ، تعد تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد للأجزاء المعدنية اتجاهًا هامًا لتطوير تكنولوجيا التصنيع المتقدمة. مع تطور العلم والتكنولوجيا واحتياجات التعميم والتطبيق ، أصبح التصنيع المباشر للأجزاء الوظيفية المعدنية عن طريق النماذج الأولية السريعة هو اتجاه التطوير الرئيسي للنماذج الأولية السريعة. في الوقت الحالي ، تشمل طرق النماذج الأولية السريعة التي يمكن استخدامها لتصنيع الأجزاء الوظيفية المعدنية بشكل مباشر: انتقاء الليزر الانتقائي (SLM) ، الذوبان الانتقائي لشعاع الإلكترون (EBSM) ، تشكيل الشبكة الهندسية بالليزر (LENS)) الانتظار.
ذوبان الليزر الانتقائي (SLM)
تعد SLM جزءًا مهمًا من مجال الطباعة ثلاثية الأبعاد للمعادن. لقد مرت عملية تطويرها بمراحل مثل تلبيد مسحوق غير معدني بنقطة انصهار منخفضة ، وتلبيد مسحوق نقطة انصهار منخفضة مطلية بدرجة انصهار منخفضة ، وذوبان مباشر لمسحوق درجة انصهار عالية. تقدمت جامعة تكساس في أوستن بطلب للحصول على براءة اختراع لأول مرة في عام 1986 ، ونجحت في تطوير أول معدات SLM في عام 1988. وهي تستخدم بقعة مركزة بدقة لتذوب بسرعة إلى مادة مسحوق معدة مسبقًا تبلغ 30-51 ميكرومتر ، ويمكنها بشكل مباشر تقريبًا الحصول على أي شكل. بالإضافة إلى الأجزاء الوظيفية ذات الروابط المعدنية الكاملة. يمكن أن تصل الكثافة إلى ما يقرب من 100 بالمائة ، ويمكن أن تصل دقة الأبعاد إلى 20-50 ميكرومتر ، ويمكن أن تصل خشونة السطح إلى 20-30 ميكرومتر. إنها تقنية نماذج أولية سريعة مع آفاق تطوير كبيرة.
مواد قولبة SLM هي في الغالب مساحيق معدنية أحادية المكون ، بما في ذلك الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي ، والسبائك القائمة على النيكل ، والسبائك القائمة على التيتانيوم ، وسبائك الكوبالت والكروم والمعادن الثمينة. يعمل شعاع الليزر على إذابة المسحوق المعدني بسرعة ويحصل على قناة انصهار مستمرة ، والتي يمكن أن تحصل مباشرة على أجزاء معدنية كثيفة تقريبًا بأي شكل تقريبًا ، ورابط معدني كامل ، ودقة عالية. إنها تقنية طباعة ثلاثية الأبعاد للأجزاء المعدنية مع آفاق تطوير كبيرة. تم توسيع نطاق تطبيقاته ليشمل الفضاء والإلكترونيات الدقيقة والعلاج الطبي والمجوهرات والصناعات الأخرى.
هناك أكثر من 50 عاملًا مؤثرًا في عملية SLM ، وهناك ست فئات لها تأثير مهم على تأثير القولبة: خصائص المواد ، وأنظمة الليزر والمسار البصري ، وميزات المسح ، وجو القولبة ، وصب السمات الهندسية ، وعوامل المعدات. في الوقت الحاضر ، يقوم الباحثون في الداخل والخارج بشكل أساسي بإجراء بحث عملي وبحوث تطبيقية حول العوامل المذكورة أعلاه ، بهدف حل العيوب في عملية التشكيل وتحسين جودة الأجزاء المقولبة. فيما يتعلق ببحوث العملية ، تشتمل معلمات العملية المهمة في عملية تشكيل SLM على طاقة الليزر وسرعة المسح وسماكة طبقة المسحوق ومسافة المسح واستراتيجية المسح وما إلى ذلك. من خلال الجمع بين معلمات العملية المختلفة ، يمكن تحسين جودة التشكيل.
العيوب الرئيسية في عملية تشكيل SLM هي تشوه كروي وتشوه. التكوير هو عدم انصهار الطبقات العليا والسفلى أثناء عملية التشكيل. نظرًا لتأثير التوتر السطحي ، فإن القطرات المنصهرة سوف تتدحرج بسرعة إلى شكل كروي ، مما يؤدي إلى تكوين كروي. من أجل تجنب الكروي ، يجب زيادة طاقة الإدخال بشكل مناسب. يحدث تشوه الاعوجاج بسبب الإجهاد الحراري في عملية تشكيل SLM الذي يتجاوز قوة المادة ، مما يؤدي إلى تشوه البلاستيك. نظرًا لصعوبة قياس الإجهاد المتبقي ، يتم إجراء البحث الحالي حول تشوه الصفائح لعملية SLM بشكل أساسي باستخدام طريقة العناصر المحدودة ، ثم يتم التحقق من موثوقية نتائج المحاكاة عن طريق التجارب. المبدأ الأساسي لتقنية SLM هو: استخدم أولاً Pro / e و UG و CATIA وبرامج النمذجة ثلاثية الأبعاد الأخرى لتصميم النموذج الصلب ثلاثي الأبعاد للجزء الموجود على الكمبيوتر ، ثم قم بتقسيم النموذج ثلاثي الأبعاد وطبقاته من خلال برنامج التقطيع للحصول على بيانات كفافية لكل قسم ، يتم إنشاء مسار مسح الملء من بيانات الكنتور ، وسوف تتحكم المعدات في شعاع الليزر لإذابة مواد المسحوق المعدني بشكل انتقائي لكل طبقة وفقًا لخطوط مسح التعبئة هذه ، ثم تكديسها تدريجياً في ثلاثي الأبعاد قطع معدنية.