تطبيق تكنولوجيا الطباعة ثلاثية الأبعاد في صناعة مسبك

I.Overview عن صناعة مسبك وتطوير الطباعة ثلاثية الأبعاد

بصفتها المؤسسة الصناعية ، تلعب صناعة مسبك دورًا مهمًا في توفير المكونات المعدنية لتصنيع الآلات والسيارات والفضاء وغيرها من القطاعات. ومع ذلك ، تواجه المسابك التقليدية تحديات كبيرة: الأجزاء المعقدة على شكل معقدة صعبة ومكلفة لإنتاجها بالطرق التقليدية ؛ يتضمن تصنيع القوالب أوقات زمنية طويلة وتكاليف عالية ، وتقييد تطوير المنتجات الجديدة وإنتاج الدفعة الصغيرة ؛ ويكافح كفاءة الإنتاج لتلبية متطلبات السوق المتغيرة بسرعة. وفي الوقت نفسه ، نضجت تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد ، الناشئة منذ الثمانينات ، من خلال الابتكار المستمر والتوسع المادي. بواسطة ترسب المواد كل الطبقات على أساس بيانات النماذج ثلاثية الأبعاد ، فإنه يتيح تصميمات معقدة للغاية دون قوالب تقليدية ، وتتفوق في النماذج الأولية السريعة ، وإنتاج الدفعة الصغيرة ، والتخصيص. في عصر تحويل التصنيع الذكي ، يوفر دمج الطباعة ثلاثية الأبعاد مع عمليات المسبك إمكانات تحويلية: التغلب على القيود التقليدية من خلال مكاسب الكفاءة وتخفيض التكاليف ، ودفع ابتكار المنتجات للمكونات عالية الأداء ، وتسريع التحديث الصناعي.

الثاني. الأسس الفنية: طباعة ثلاثية الأبعاد مقابل مبادئ المسبك

(一) تقنيات الطباعة ثلاثية الأبعاد شاملة

1. المبادئ الأساسية لعمليات الطباعة ثلاثية الأبعاد الرئيسية

• نمذجة ترسب تنصهر (FDM): يذوب خيوط البلاستيك الحراري من خلال فوهة ساخنة ، ودقيقات الطبقات وفقا لهندسة جزء. يستخدم عادة لنماذج أولية بلاستيكية بسيطة مثل الألعاب والأدوات المنزلية.

• تصوير مجسم (SLA): يستخدم ضوء الأشعة فوق البنفسجية لعلاج طبقة راتنج البوليمر الضوئي السائل حسب الطبقة. مثالية لأنماط صب المجوهرات والنماذج الأدوات عالية الدقة.

• تلبد الليزر الانتقائي (SLS): توظف شعاع الليزر/الإلكترون لتلبيس المساحيق المعدنية/السيراميك/البلاستيك في أجزاء صلبة. يستخدم على نطاق واسع في الفضاء الجوي لإنتاج مكونات معدنية معقدة مثل أجزاء المحرك.

(二) عمليات المسبك التقليدية

1. تقنيات مسبك المفتاح

• صب الرمال: يخلق تجاويف العفن باستخدام الأنماط ، ويصب المعدن المنصهر ، ويزيل الرمال بعد التصلب. مثال: إنتاج كتلة محرك السيارات.

• صب الاستثمار: أشكال القذائف الخزفية حول أنماط الشمع ، يذوب الشمع ، ويملأ بالمعادن. مثالي لشفرات التوربينات الطيران مع الأشكال الهندسية المعقدة.

• حدود التبعية العفن تصميم مرونة للقنوات/النوى الداخلية.

• أوقات الرصاص طويلة العفن (أسابيع إلى شهور) تقيد إطلاق منتج جديد.

• التكاليف الثابتة المرتفعة تجعل الإنتاج الصغير غير الاقتصادي.

ثالثا. ابتكارات التطبيق: طباعة ثلاثية الأبعاد تعمل على تحويل سير عمل Foundry

(一) ثورة تصنيع القوالب

1. العملية والمزايا

• الطباعة المعدنية المباشرة (SLS) أو صب النموذج الأولي البلاستيكي (FDM) يقلل بشكل كبير من أوقات الرصاص من العفن من أسابيع إلى أيام.

• يتيح قنوات التبريد المعقدة والتصميمات المطابقة مستحيلة مع الأساليب التقليدية.

• خفضت الشركة المصنعة لقالب السيارات الصينية وقت التسليم لقوالب العجلات من 4 أسابيع إلى 7 أيام باستخدام الطباعة ثلاثية الأبعاد المعدنية ، مما يحقق 15 ٪ من الخلل.

(二) القالب الرملي/التصنيع المضافة الأساسية

1. تفاصيل التكنولوجيا

• تعمل عمليات الرثاء على الرمال المطلية على تخلق قوالب/نوى دقيقة للهندسة المعقدة.

• مثال: نوى رأس أسطوانة المحرك مع ممرات تبريد متكاملة.

• ± 0.1 مم دقة الأبعاد تقلل من متطلبات الآلات.

• المسامية القابلة للتخصيص تقلل من عيوب الصب مثل حبس الغاز.

• مكّن النوى الرملية المطبوعة ثلاثية الأبعاد من إنتاج فوهات وقود محرك الطائرات مع قنوات داخلية ناعمة ، مما يحسن كفاءة استهلاك الوقود بنسبة 8 ٪.

(三) الطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاد المباشرة

1. معلمات العملية

• يتطلب اندماج سرير مسحوق الليزر (LPBF) تحت بيئة الغاز الخامل تحكمًا دقيقًا في قوة الليزر (200-500 واط) ، وسرعة المسح (500-2000 مم/ثانية) ، وسمك الطبقة (20-100μm).

• ينتج مكونات سبائك التيتانيوم على شكل شبكة مع كفاءة المواد 90 ٪.

• يتيح هياكل الشبكة تقليل الوزن بنسبة 20 ٪ لتطبيقات الفضاء.

• غرسات الورك المخصصة مع الأسطح المسامية ل osseointegration.

• غرف الاحتراق للمحركات النفاثة من الجيل القادم مع مقاومة حرارية محسنة.

رابعا. التأثيرات التحويلية: تطور القوى المسببة للطباعة ثلاثية الأبعاد

(一) تعزيز الكفاءة

1. مدخرات الوقت

• انخفضت دورة تصميم العفن إلى الإنتاج من 8 أسابيع إلى أسبوعين في صب السيارات.

• انقطاع وقت إنتاج كتلة دراجة نارية من 10 أسابيع إلى 3 أسابيع عبر طباعة الرمال ثلاثية الأبعاد.

• انخفضت دورة تصنيع شفرة الفضاء بنسبة 67 ٪ باستخدام الطباعة المعدنية المباشرة.

(二) تحسين التكلفة

1. تخفيض تكلفة العفن

• 90 ٪ وفورات في التكاليف للأدوات الصغيرة (على سبيل المثال ، 5000 دولار مقابل 50،000 دولار للقوالب المعدنية).

• انخفض استخدام سبيكة التيتانيوم من 60 ٪ من النفايات في الصب التقليدي إلى 10 ٪ في الطباعة ثلاثية الأبعاد ، وتوفير 2.5 مليون دولار سنويا ل 1000 جزء.

(三) قفزة الجودة والابتكار

1. تحسينات الأداء

• زادت مقاومة درجة حرارة غرفة الاحتراق بنسبة 15 ٪ من خلال قنوات التبريد المحسنة.

• مكونات تعليق السيارات انخفضت الوزن بنسبة 12 ٪ مع هياكل شعرية.

• ± 0.05 مم التكرار الأبعاد في القوالب المطبوعة ثلاثية الأبعاد يضمن توحيد الدُفعات.

• يحقق ذوبان شعاع الإلكترون 99.9 ٪ من كثافة المواد لأجزاء الفضاء الهوائية الحرجة.