تكنولوجيا الطباعة ثلاثية الأبعاد ومعدات إنتاج المواد

نشأت تكنولوجيا الطباعة ثلاثية الأبعاد في التسعينيات، نظرًا لمبدأ تشكيل الترسيب الخاص لكل طبقة، ويمكن تشكيل الأجزاء الهيكلية المعقدة بسرعة وبشكل متكامل، وتعتبر تقنية تحويلية في مجال التصنيع. تُعرف الطباعة ثلاثية الأبعاد أكاديميًا باسم تصنيع النماذج الأولية السريعة (RPM). يُطلق على القسم الفني لعملية التصنيع اسم التصنيع الإضافي (AM).

مبدأ الطباعة ثلاثية الأبعاد

الطباعة ثلاثية الأبعاد هي نوع من تكنولوجيا النماذج الأولية السريعة، وهي عبارة عن ملف نموذج رقمي يعتمد على استخدام مسحوق المعدن أو البلاستيك والمواد اللاصقة الأخرى، من خلال طريقة الطباعة طبقة تلو الأخرى لبناء تكنولوجيا الكائن، ومبدأها الأساسي هو المنفصلة - مبدأ التراكم. يتم الحصول على المسار والقيود وطريقة التراكم بشكل منفصل، ويتم "تراكب" المادة لتشكل كيانًا ثلاثي الأبعاد من خلال التراكم. أولاً، يتم الحصول على النموذج ثلاثي الأبعاد في نظام برنامج CAD أو يتم قياس البيانات السطحية لكيان الجزء بواسطة أداة القياس وتحويلها إلى النموذج ثلاثي الأبعاد. ثانيًا، تتم معالجة نموذج CAD، ويتم تقسيم نموذج CAD على طول اتجاه معين (عادةً اتجاه Z)، ويتم تقسيم شرائح المستوى إلى طبقات. ثم يتم دمج معلومات التقسيم الطبقي المنفصلة مع معلومات معلمة عملية التشكيل لتحويل رمز التحكم الرقمي لآلة التشكيل، ويتم تشكيل جزء صلب ثلاثي الأبعاد بواسطة نظام CAM الخاص للتحكم في المادة بانتظام ودقة.

تحضير مسحوق الطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاد

نظرًا للمتطلبات الملحة لتكنولوجيا الطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاد لمواد المسحوق المعدنية، فمن الضروري تلبية شروط الكروية الجيدة، والتوزيع الضيق لحجم الجسيمات، ومحتوى الأكسجين المنخفض، والنقاء العالي، لذلك يتم أيضًا طرح معدات إنتاج مواد المسحوق. متطلبات أعلى. هناك ثلاثة أنواع رئيسية من تكنولوجيا تحضير مسحوق الطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاد: معدات مسحوق تفتيت الهواء الحقيقي، ومعدات مسحوق تفتيت البلازما، ومعدات عقيدات البلازما بالترددات الراديوية.

من بينها، معدات إنتاج مسحوق التفتيت Hunan Tianji True Air تتبنى التكنولوجيا الأساسية بكفاءة [رذاذ الغاز الأسرع من الصوت المقترن بإحكام]، مما يحسن معدل تأهيل المسحوق، ويقلل من استهلاك الهواء، ويقلل من تكاليف الإنتاج. وفي الوقت نفسه، فهي مجهزة بنظام الكشف عن محتوى الأكسجين عبر الإنترنت لتقليل زيادة الأكسجين، وهو أداة حادة لإنتاج مسحوق كروي للطباعة ثلاثية الأبعاد.

الطباعة ثلاثية الأبعاد، والمعروفة أيضًا باسم التصنيع الإضافي، هي مصطلح شامل يغطي العديد من عمليات الطباعة ثلاثية الأبعاد المتميزة. تختلف هذه التقنيات عن بعضها البعض، لكن العمليات الرئيسية هي نفسها. على سبيل المثال، تبدأ جميع الطباعة ثلاثية الأبعاد بنموذج رقمي لأن التكنولوجيا رقمية بطبيعتها. تم تصميم الجزء أو المنتج في الأصل باستخدام برنامج التصميم بمساعدة الكمبيوتر (CAD) أو ملف إلكتروني تم الحصول عليه من مكتبة الأجزاء الرقمية. يتم بعد ذلك تقسيم ملف التصميم إلى شرائح أو طبقات للطباعة ثلاثية الأبعاد بواسطة برنامج خاص لإعداد البناء، مما يؤدي إلى إنشاء تعليمات المسار التي تتبعها الطابعة ثلاثية الأبعاد. بعد ذلك ستتعرف على الاختلافات بين هذه التقنيات والاستخدامات النموذجية لكل منها.

يمكن تقسيم أنواع التصنيع الإضافي وفقًا للمنتجات التي تنتجها أو أنواع المواد التي تستخدمها، حيث تصنفها المنظمة الدولية للمعايير (ISO) إلى سبعة أنواع عامة (لكن فئات الطباعة ثلاثية الأبعاد السبع هذه تكافح أيضًا لتغطية النمو المتزايد) عدد أنواع التكنولوجيا الفرعية والتقنيات الهجينة).

● قذف المواد

● تخفيض البلمرة

● دمج طبقة البودرة

● حقن المواد

● رذاذ لاصق

● ترسيب الطاقة الموجهة

● تصفيح الورقة

تصنيف الطباعة ثلاثية الأبعاد

الطباعة الحجرية المجسمة (SLA) ، والمعروف أيضًا باسم الطباعة الحجرية المجسمة، يعتمد على مبدأ البلمرة الضوئية للراتنجات السائلة الحساسة للضوء، أي أن المادة السائلة تتبلمر ضوئيًا بسرعة تحت إشعاع الضوء فوق البنفسجي بطول موجي وكثافة محددين، وتتحول المادة من سائل إلى صلب. يمتلئ خزان السائل براتنج سائل حساس للضوء، ويمكن مسح شعاع الليزر على سطح السائل تحت تأثير مرآة الانحراف، ويتم معالجة السائل حيث يتم مسح بقعة الضوء. عند اكتمال طبقة المسح، تظل المنطقة غير المضيئة عبارة عن راتينج سائل. تقوم منصة الرفع بتحريك المنصة إلى الأسفل، ويتم تغطية الطبقة المشكلة بطبقة من الراتنج، وتقوم الكاشطة بتسوية السطح السائل للراتنج بلزوجة كبيرة، ثم تقوم بمسح الطبقة التالية. تلتصق الطبقة المعالجة حديثًا بقوة بالطبقة السابقة، وهكذا حتى يتم تصنيع الجزء بالكامل، ويتم الحصول على نموذج صلب ثلاثي الأبعاد.

تكنولوجيا تصنيع الطبقات الصلبة (LOM) هو تشكيل الأجزاء عن طريق القطع بالليزر وربط المواد الرقيقة (مثل الورق المطلي على الجانب الخلفي)، والمعروف أيضًا باسم التصنيع الصلب المصفح. تتمثل العملية أولاً في لصق الورق المطلي بالغراء المصهور الساخن من خلال ضغط أسطوانة التسخين المرتبط معًا، في هذا الوقت الموجود فوق الليزر وفقًا للبيانات التي تم الحصول عليها بواسطة نموذج CAD الطبقي، وقطع طبقة من الورق في المخطط الداخلي والخارجي الجزء، ثم يتم وضع طبقة جديدة من الورق في الأعلى، ويتم ربطها معًا بواسطة جهاز الضغط الساخن، ويتم قطع الليزر مرة أخرى. تتميز هذه الطريقة بمعدل تشكيل مرتفع وتكلفة منخفضة.

تلبيد الليزر الانتقائي (SLS) يقوم بشكل انتقائي بتسخين المساحيق القابلة للانصهار أو غير المعدنية (مثل البارافين والبلاستيك ورمل الراتنج والنايلون وما إلى ذلك) طبقة بعد طبقة من خلال شعاع الليزر للوصول إلى درجة حرارة التلبيد والتلبيد في الشكل. عند اكتمال الطبقة الأولى من التلبيد، تقوم طاولة العمل بخفض ارتفاع الطبقة التالية، ونشر مسحوق الطبقة التالية، ثم مسح الطبقة الثانية، ويتم ربط الطبقة الملبدة حديثًا بقوة بالطبقة السابقة، وهكذا، وأخيرًا كيان ثلاثي الأبعاد متكلس يتوافق مع نموذج CAD.

المبدأ الأساسي لـ FDM هو التحكم في فوهة التسخين للتحرك في مستوى XY واتجاه Z وفقًا لمعلومات ملف تعريف المقطع العرضي. يتم إرسال مادة السلك (مثل الأسلاك البلاستيكية وأسلاك البارافين وما إلى ذلك) إلى الفوهة بواسطة آلية إمداد السلك، ويتم تسخينها وصهرها في الفوهة، ثم يتم طلاءها بشكل انتقائي على طاولة العمل، ويتم تبريدها بسرعة لتشكيل طبقة من الصليب - مخطط تفصيلي للقسم، وطبقة فوق طبقة متراكبة، وأخيرًا أصبح نموذجًا أوليًا سريعًا. يمكن استخدام مبدأ عملية التشكيل لصنع قوالب الشمع للصب الدقيق والقوالب النسائية للصب. إنها طريقة فعالة لتطوير التصنيع الميكروميكانيكي.

الفرص والتحديات

في الوقت الحاضر، تركز صناعة الطباعة ثلاثية الأبعاد على الطيران والسيارات والمعدات الطبية وغيرها من المجالات، ويتوسع النطاق باستمرار ويتحسن المستوى الفني باستمرار. وقد ساهم دعم السياسات ذات الصلة، بما في ذلك قدر كبير من الاستثمار في البحث والتطوير ومنح الابتكار والسياسات التفضيلية، في تعزيز تطوير الصناعة. وفي الوقت نفسه، تواجه صناعة الطباعة ثلاثية الأبعاد العديد من التحديات، مثل المواد والقيود الميكانيكية والتكاليف. تقع صناعة التصنيع المضافة عند تقاطع الابتكار والتحول الاقتصادي، والمستقبل مليء بالتحديات والفرص.