المستقبل في البودرة

تنتج الشركة السويدية VBN Components منتجات الصلب باستخدام تقنيات مضافة باستخدام مسحوق مع إضافات ، خاصة الأدوات مثل المثاقب وقواطع الطحن. تقضي تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد على الحاجة إلى الحدادة والتشغيل الآلي ، وتقلل من استهلاك المواد الخام ، وتوفر للمستخدمين النهائيين مجموعة واسعة من المواد عالية الجودة.

يشمل عرض مكونات VBN على سبيل المثال. 290والذي ، بحسب الشركة السويدية ، هو أصعب فولاذ في العالم (72 HRC). تتمثل عملية إنشاء Vibenite 290 في زيادة صلابة المواد بشكل تدريجي. بمجرد طباعة الأجزاء المرغوبة من هذه المادة الخام ، لن تكون هناك حاجة إلى مزيد من المعالجة بخلاف الطحن أو EDM. لا حاجة للقطع أو الطحن أو الحفر. وبالتالي ، تقوم الشركة بإنشاء أجزاء بأبعاد تصل إلى 200 × 200 × 380 مم ، ولا يمكن إنتاج هندستها باستخدام تقنيات التصنيع الأخرى.

ليست هناك حاجة دائما للصلب. طور فريق بحثي من HRL Laboratories حل الطباعة ثلاثية الأبعاد. سبائك الألومنيوم بقوة عالية. تسمى طريقة وظيفية نانوية. ببساطة ، تتمثل التقنية الجديدة في تطبيق مساحيق وظيفية نانوية خاصة على طابعة ثلاثية الأبعاد ، والتي يتم "تلبيدها" بعد ذلك بطبقات رقيقة من الليزر ، مما يؤدي إلى نمو كائن ثلاثي الأبعاد. أثناء الذوبان والتصلب ، لا يتم تدمير الهياكل الناتجة وتحتفظ بقوتها الكاملة بسبب الجسيمات النانوية التي تعمل كمراكز تنوي للبنية الدقيقة المقصودة للسبيكة.

تستخدم السبائك عالية القوة مثل الألمنيوم على نطاق واسع في الصناعات الثقيلة وتكنولوجيا الطيران (مثل جسم الطائرة) وأجزاء السيارات. لا تمنحهم التكنولوجيا الجديدة للوظائف النانوية قوة عالية فحسب ، بل تمنحهم أيضًا مجموعة متنوعة من الأشكال والأحجام.

الجمع بدلا من الطرح

في طرق تشغيل المعادن التقليدية ، تتم إزالة النفايات عن طريق المعالجة الآلية. تعمل العملية المضافة بشكل عكسي - فهي تتكون من تطبيق وإضافة طبقات متتالية من كمية صغيرة من المواد ، وإنشاء أجزاء ثلاثية الأبعاد من أي شكل تقريبًا استنادًا إلى نموذج رقمي.

على الرغم من أن هذه التقنية تُستخدم بالفعل على نطاق واسع لكل من النماذج الأولية وصب النماذج ، إلا أن استخدامها مباشرة في إنتاج السلع أو الأجهزة المخصصة للسوق كان صعبًا بسبب انخفاض الكفاءة وخصائص المواد غير المرضية. ومع ذلك ، فإن هذا الوضع يتغير تدريجياً بفضل عمل الباحثين في العديد من المراكز حول العالم.

من خلال التجارب المضنية ، تم تحسين التقنيتين الرئيسيتين لطباعة XNUMXD: ترسيب المعادن بالليزر (LMD) أنا ذوبان الليزر الانتقائي (ULM). تتيح تقنية الليزر إمكانية إنشاء تفاصيل دقيقة بدقة والحصول على جودة سطح جيدة ، وهو أمر غير ممكن مع طباعة شعاع الإلكترون 50D (EBM). في SLM ، يتم توجيه طرف شعاع الليزر إلى مسحوق المادة ، ويتم لحامها محليًا وفقًا لنمط معين بدقة تتراوح من 250 إلى 3 ميكرون. في المقابل ، يستخدم LMD الليزر لمعالجة المسحوق لإنشاء هياكل ثلاثية الأبعاد ذاتية الدعم.

لقد أثبتت هذه الأساليب أنها واعدة جدًا في صناعة أجزاء الطائرات. وعلى وجه الخصوص ، فإن الترسيب بالليزر للمعادن يوسع إمكانيات التصميم لمكونات الطيران. يمكن أن تكون مصنوعة من مواد ذات هياكل داخلية معقدة وتدرجات غير ممكنة في الماضي. بالإضافة إلى ذلك ، تتيح كلتا تقنيتي الليزر إمكانية إنشاء منتجات ذات هندسة معقدة والحصول على وظائف موسعة للمنتجات من مجموعة واسعة من السبائك.

في سبتمبر الماضي ، أعلنت شركة إيرباص أنها زودت إنتاجها A350 XWB بطباعة إضافية. قوس التيتانيوم، من تصنيع Arconic. هذه ليست النهاية ، لأن عقد Arconic مع شركة Airbus ينص على الطباعة ثلاثية الأبعاد من مسحوق التيتانيوم والنيكل. أجزاء الجسم i نظام الدفع. ومع ذلك ، تجدر الإشارة إلى أن Arconic لا تستخدم تقنية الليزر ، ولكنها تستخدم نسختها المحسّنة من القوس الإلكتروني EBM.

من المرجح أن يكون أول نموذج أولي على الإطلاق يتم تقديمه في مقر مجموعة Damen Shipyards Group الهولندية في خريف عام 2017 ، أحد المعالم البارزة في تطوير التقنيات المضافة في تشغيل المعادن. المروحة السفينة سبيكة معدنية سميت VAAMpeller. بعد الاختبارات المناسبة ، والتي تم إجراء معظمها بالفعل ، فإن النموذج لديه فرصة للموافقة عليه للاستخدام على متن السفن.

نظرًا لأن مستقبل تكنولوجيا تشغيل المعادن يكمن في مساحيق الفولاذ المقاوم للصدأ أو مكونات السبائك ، فإن الأمر يستحق التعرف على اللاعبين الرئيسيين في هذا السوق. وفقًا لتقرير سوق مسحوق المعادن المُضاف في التصنيع ، الذي نُشر في نوفمبر 2017 ، فإن أهم الشركات المصنعة للمساحيق المعدنية للطباعة ثلاثية الأبعاد هي: GKN ، و Hitachi Chemical ، و Rio Tinto ، و ATI Powder Metals ، و Praxair ، و Arconic ، و Sandvik AB ، و Renishaw ، و Höganäs AB و Metaldyne Performance Group و BÖHLER Edelstahl و Carpenter Technology Corporation و Aubert & Duval.

طباعة المروحة WAAMpeller

الطور السائل

تعتمد تقنيات الإضافات المعدنية الأكثر شهرة حاليًا على استخدام المساحيق (هذه هي الطريقة التي يتم بها إنشاء vibenite المذكور أعلاه) "متكلس" ومُصهر بالليزر في درجات الحرارة العالية المطلوبة لمواد البداية. ومع ذلك ، تظهر مفاهيم جديدة. طور باحثون من مختبر Cryobiomedical Engineering التابع للأكاديمية الصينية للعلوم في بكين طريقة الطباعة ثلاثية الأبعاد باستخدام "الحبر"، تتكون من سبيكة معدنية ذات نقطة انصهار أعلى قليلاً من درجة حرارة الغرفة. في دراسة نُشرت في مجلة Science China Technological Sciences ، أظهر الباحثان Liu Jing و Wang Lei تقنية لطباعة المرحلة السائلة من الجاليوم أو البزموت أو السبائك القائمة على الإنديوم مع إضافة الجسيمات النانوية.

بالمقارنة مع طرق النماذج الأولية المعدنية التقليدية ، تتمتع الطباعة ثلاثية الأبعاد للطور السائل بالعديد من المزايا المهمة. أولاً ، يمكن تحقيق معدل مرتفع نسبيًا لتصنيع الهياكل ثلاثية الأبعاد. بالإضافة إلى ذلك ، يمكنك هنا تعديل درجة حرارة سائل التبريد وتدفقه بمرونة أكبر. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن استخدام المعدن الموصل السائل مع المواد غير المعدنية (مثل البلاستيك) ، مما يوسع إمكانيات التصميم للمكونات المعقدة.

طور العلماء في American Northwestern University أيضًا تقنية طباعة معدنية ثلاثية الأبعاد جديدة أرخص وأقل تعقيدًا مما كان معروفًا في السابق. بدلاً من المسحوق المعدني أو الليزر أو الحزم الإلكترونية ، يتم استخدامه فرن تقليدي i مادة سائلة. بالإضافة إلى ذلك ، تعمل الطريقة بشكل جيد مع مجموعة متنوعة من المعادن والسبائك والمركبات والأكاسيد. هذا مشابه لختم الفوهة الذي نعرفه بالبلاستيك. يتكون "الحبر" من مسحوق معدني مذاب في مادة خاصة مع إضافة المطاط الصناعي. في وقت التطبيق ، يكون في درجة حرارة الغرفة. بعد ذلك ، يتم تلبيد طبقة المواد المطبقة من الفوهة بالطبقات السابقة عند درجة حرارة مرتفعة تم إنشاؤها في الفرن. تم وصف هذه التقنية في المجلة المتخصصة Advanced Functional Materials.

طريقة طباعة المرحلة المعدنية السائلة الصينية

في عام 2016 ، قدم باحثو جامعة هارفارد طريقة أخرى يمكنها إنشاء هياكل معدنية ثلاثية الأبعاد. طبع "في الهواء". أنشأت جامعة هارفارد طابعة ثلاثية الأبعاد ، على عكس الآخرين ، لا تخلق كائنات طبقة تلو الأخرى ، ولكنها تخلق هياكل معقدة "في الهواء" - من المعدن المتجمد على الفور. الجهاز ، الذي تم تطويره في كلية جون أ.بولسون للهندسة والعلوم التطبيقية ، يطبع الأشياء باستخدام جزيئات الفضة النانوية. يعمل الليزر المركز على تسخين المادة ودمجها ، مما يؤدي إلى إنشاء هياكل مختلفة مثل اللولب.

يتزايد الطلب في السوق على المنتجات الاستهلاكية عالية الدقة المطبوعة ثلاثية الأبعاد مثل الغرسات الطبية وأجزاء محركات الطائرات بسرعة. ولأن بيانات المنتج يمكن مشاركتها مع الآخرين ، فإن الشركات في جميع أنحاء العالم ، إذا كان لديهم إمكانية الوصول إلى مسحوق معدني والطابعة ثلاثية الأبعاد المناسبة ، يمكن أن تعمل على تقليل تكاليف الخدمات اللوجستية والمخزون. كما تعلم ، فإن التقنيات الموصوفة تسهل بشكل كبير تصنيع الأجزاء المعدنية ذات الهندسة المعقدة ، قبل تقنيات الإنتاج التقليدية. من المحتمل أن يؤدي تطوير التطبيقات المتخصصة إلى انخفاض الأسعار والانفتاح على استخدام الطباعة ثلاثية الأبعاد في التطبيقات التقليدية أيضًا.

أصعب فولاذ سويدي - للطباعة ثلاثية الأبعاد:

أقسى فولاذ في العالم - صنع في أوبسالا ، السويد

فيلم الألمنيوم للطباعة: 

اختراق في علم المعادن: طباعة ثلاثية الأبعاد للألمنيوم عالي القوة