جدول المحتويات
تُستخدم المعادن في كل مكان تقريبًا في العديد من القطاعات الصناعية لمجموعة متنوعة من الأغراض. وبصرف النظر عن البناء وتصنيع المركبات، تُستخدم المعادن أيضًا في المقام الأول كـ
عملية الطباعة ثلاثية الأبعاد بالمعادن
تلبيد المعادن بالليزر المباشر بالليزر
تعد عملية تلبيد المعادن بالليزر المباشر بالليزر (DMLS، والمعروفة أيضًا باسم LPBF – Laser Power Bed Fusion)، والتي تعتمد على عملية الصهر القائمة على طبقة المسحوق، إحدى عمليات الطباعة ثلاثية الأبعاد الرئيسية باستخدام المعادن. في هذه العملية، يتم تقديم المعدن كمسحوق وصهره محليًا بدقة متناهية بواسطة مصدر طاقة، عادةً ما يكون ليزر، لإنشاء هيكل ثلاثي الأبعاد.
في عملية CLAD (اللحام بالترسيب بالليزر أو التكسية بالليزر، والمعروفة أيضًا باسم عملية الترسيب بالليزر DED – الترسيب بالليزر الطارئ -)، يتم تطبيق مسحوق معدني من فوهة في عملية مشابهة جدًا للون الطابعة الحقيقية. ومع ذلك، يتم صهر المسحوق مباشرةً باستخدام الليزر عند مخرج الفوهة بحيث يمكن طباعة المعدن السائل مباشرةً.
هناك مزيج من التصنيع المضاف والمعالجة المضافة هو ما يسمى بعملية القطع على البارد أو الرش بالغاز البارد. وهنا يتم ضغط جزيئات معدنية دقيقة من خلال فوهة دقيقة بضغط عالٍ مع غاز ناقل (عادةً الهيليوم) بحيث تتشوه بشكل بلاستيكي عندما تصطدم بالركيزة وبالتالي تشكل طبقة يمكن معالجتها مباشرةً دون ذوبان فعلي. ومع ذلك، نادرًا ما تستخدم هذه العملية بسبب ارتفاع تكاليفها.
النفث بالمعدن الموثق
هناك أيضًا نفث المادة الرابطة المعدنية. وعلى غرار عملية قاع المسحوق البلاستيكي، يتم خلط المعدن مع مادة رابطة وربطه لتشكيل كتلة متجانسة. وبعد ذلك يتم تحرير الجزء الأخضر الناتج من المادة الرابطة باستخدام العمليات الحرارية، أي عن طريق الحرق أو التسخين بالليزر، ثم يتم تشكيله في شكله النهائي.
نمذجة الترسيب المنصهر
على غرار عملية البلاستيك، هناك أيضًا عملية النمذجة بالترسيب المنصهر (FDM)، حيث يتم تسخين خيوط معدنية (عادةً ما تكون مصنوعة من معادن أو سبائك منخفضة نقطة الانصهار) ببساطة حتى تنعم ثم يتم تطبيقها في طبقات عبر فوهة.
القاسم المشترك بين كل هذه العمليات هو أنها لا تعمل مع كل المعادن. والمعادن الشائعة للطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاد هي الألومنيوم وسبائكه والفولاذ وسبائك الحديد بالإضافة إلى مواد مثل الغاليوم أو الإنديوم أو التيتانيوم أو الكوبالت أو الكروم.
وعلى الرغم من التكاليف المرتفعة نسبياً، إلا أن المعادن الثمينة مثل الذهب والفضة تستخدم الآن أيضاً. ومع ذلك، فإن التشكيل أكثر صعوبة إلى حد ما هنا. ولا تُستخدم المعادن الثقيلة والمعادن شديدة الصلابة أو المقاومة للحرارة إلا قليلاً أو لا تستخدم على الإطلاق.
تطبيقات الطباعة ثلاثية الأبعاد المعدنية
تتمثل التطبيقات الأكثر شيوعًا للطباعة ثلاثية الأبعاد المعدنية في المقام الأول في النماذج الأولية والبحث والتطوير، خاصةً إذا كان سيتم إنتاج أجزاء فردية فقط وليس سلسلة. هنا، غالبًا ما يكون صنع القالب لقطعة العمل المصبوبة مكلفًا للغاية ويمكن تجنبه بذكاء باستخدام الطباعة ثلاثية الأبعاد.
كما أن تكاليف الطاقة التي يتم توفيرها مقارنةً بقطعة العمل المصبوبة ليست تافهة. وينطبق الشيء نفسه على الوفورات المادية في المواد الخام المعدنية التي غالباً ما تكون باهظة الثمن. وبالإضافة إلى ذلك، لا يمكن إنكار مزايا الطباعة ثلاثية الأبعاد باستخدام المعادن، لا سيما في حالة الغرسات المخصصة في التكنولوجيا الطبية أو قطع غيار الماكينات المعدلة خصيصًا.
على عكس الطباعة ثلاثية الأبعاد من السيراميك أو البوليمرات، لا يمكن تحقيق جميع الأشكال أو الهياكل بسهولة باستخدام تلبيد المعادن أو الطباعة بالغاز البارد، حيث أن المعادن المختلفة لها مناطق انصهار مختلفة للغاية، وبالتالي لا يمكن دائمًا تطبيق خلائط أو طبقات محددة. ومع ذلك، يتم حاليًا إجراء المزيد من الأبحاث على هذه الطرق من أجل فتح إمكانيات تطبيق أكثر مرونة وتنوعًا في المستقبل.
مزايا الطباعة ثلاثية الأبعاد باستخدام المعادن:
- لا حاجة لبناء القوالب
- توفير تكاليف الطاقة
- توفير المواد الخام المعدنية
- إمكانية الإنتاج المخصص للأجزاء الفردية حسب الطلب
التحليل الحراري للمعادن المطبوعة ثلاثية الأبعاد
- عن طريق DSC نقاط الانصهار والتحولات الطورية يمكن تحديدها وبالتالي يمكن تحسين السبائك لاستخدامها في الطباعة ثلاثية الأبعاد. ( تطبيق سبائك الصلب المخلوط )
- عن طريق قياس التمدد يمكن إظهار سلوك التمدد والصلابة والتحولات الطورية. ( التطبيق مع الحديد )
- يمكن توصيف الموصلية الحرارية وخصائص نقل الحرارة لكل من المنتجات المعالجة والمساحيق والسبائك بسهولة باستخدام طرق THB ووميض الليزر. ( التطبيق مع النحاس والألومنيوم )
يمكن أيضًا تحديد الخواص الحرارية الكهربائية مثل المقاومة الكهربائية والتوصيلية ومعامل سيبيك بدقة باستخدام طرق التحليل الحراري الحديثة. ( التطبيق مع النحاس )
