أحدثت الطباعة ثلاثية الأبعاد ، والمعروفة أيضًا باسم التصنيع الإضافي ، ثورة في صناعة التصنيع من خلال تقديم طريقة مبتكرة لإنتاج هندسة معقدة وطبقة قطع غيار. مع تقدم التكنولوجيا ، اكتسبت ستستكشف هذه المقالة المواد المختلفة المستخدمة في طباعة المعادن ثلاثية الأبعاد اهتمامًا كبيرًا بسبب قدرتها على إنتاج مكونات عالية القوة ودائمة عبر مجموعة متنوعة من الصناعات ، من الفضاء إلى الأجهزة الطبية. الطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاد ، موضحة خصائصها ومزاياها وحالات أفضل الاستخدام.

مقدمة للطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاد

الطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاد هي مصطلح مظلة يشمل العديد من عمليات التصنيع الإضافية خصيصًا لإنشاء أجزاء معدنية. تتميز هذه العمليات عادةً ببناء طبقة أجزاء بطبقة باستخدام مساحيق معدنية أو خيوط أو أسلاك ، والتي يتم دمجها مع مساعدة التقنيات المتقدمة مثل ذوبان الليزر الانتقائي (SLM) أو تلبيس الليزر المعدني المباشر (DMLs) . تتيح هذه الطرق للمصنعين إنشاء أجزاء ذات هندسة معقدة من الصعب أو المستحيل إنتاجها باستخدام طرق التصنيع التقليدية.

في الطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاد ، تتم معالجة المواد في أغلب الأحيان من خلال التلبيد أو اللحام أو الذوبان ، مع كون تقنية الانصهار المسحوق سريرها طريقة شائعة الاستخدام. ستركز هذه المقالة على أربعة من أكثر المواد استخدامًا على نطاق واسع في الطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاد - الفولاذ غير الخاضع للرقابة ، وتوضيح الأدوات ، وتيتانيوم ، و Devinel® 625 - واستكشاف تطبيقاتها وفوائدها والعمليات المتورطة في الطباعة مع هذه المواد.

1. الفولاذ المقاوم للصدأ

ملخص

الفولاذ المقاوم للصدأ هو واحد من أكثر المواد شعبية المستخدمة في الطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاد بسبب مقاومة التآكل الممتازة ، والقوة العالية ، والتشطيب السلس. تستخدم هذه المادة عادة في الفضاء والسيارات والأجهزة العسكرية والتطبيقات الطبية. يمكن أن تظهر الأجزاء المطبوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ قوة فائقة عند مقارنتها بالأجزاء المنتجة باستخدام طرق التصنيع التقليدية ، مما يجعلها خيارًا مثاليًا للتطبيقات الصعبة.

أنواع الفولاذ المقاوم للصدأ في الطباعة ثلاثية الأبعاد

الفولاذ المقاوم للصدأ المستخدمة في الطباعة ثلاثية الأبعاد تأتي في العديد من الدرجات والسبائك. سبيكة الفولاذ المقاوم للصدأ الأكثر استخدامًا في تشتهر الطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاد 316L، والمعروفة بليونة ومقاومة التآكل الممتازة. أنه يحتوي على 66-70 ٪ من الحديد ، إلى جانب كروم 16-18 ٪ ، 11-14 ٪ النيكل ، و 2-3 ٪ الموليبدينوم ، مع محتوى منخفض الكربون. هذه السبائك مقاومة بشكل خاص للأكسدة والتآكل ، مما يجعلها خيارًا أفضل للأجزاء المعرضة للبيئات القاسية.

تشمل سبائك الفولاذ المقاوم للصدأ الأخرى المستخدمة في الطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاد :

• 304L: معروف بمقاومة التآكل الجيدة وحمل اللحام ، مناسبة للتطبيقات للأغراض العامة.

• 17-4 درجة الحموضة : الفولاذ المقاوم للصدأ تصلب هطول الأمطار مع مقاومة عالية القوة ومقاومة التآكل.

• 15-5 درجة الحموضة : فولاذ آخر يصلب هطول الأمطار مع خصائص مماثلة إلى 17-4 درجة الحموضة ولكن مع تحسين المتانة.

مزايا الفولاذ المقاوم للصدأ في الطباعة ثلاثية الأبعاد

• القوة والمتانة : يوفر الفولاذ المقاوم للصدأ قوة ميكانيكية عالية ، مما يجعلها مثالية للأجزاء المعرضة للإجهاد.

• مقاومة التآكل : يضمن محتوى الكروم مقاومة ممتازة للتآكل ، وخاصة في البيئات الحمضية أو المالحة.

• الجاذبية الجمالية : أجزاء من الفولاذ المقاوم للصدأ المطبوعة باستخدام طرق الطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاد يمكن أن تحقق تشطيبات سلسة ، مما يجعلها جذابة بصريًا.

التطبيقات

يتم استخدام الفولاذ المقاوم للصدأ في مجموعة متنوعة من الصناعات ، بما في ذلك الفضاء لقطع غيار التوربينات ، والسيارات لمكونات العادم ، والطبية للزرع والأدوات الجراحية. قدرة المادة على التعامل مع درجات الحرارة العالية ومقاومة التآكل لا تقدر بثمن في هذه التطبيقات.

2. فولاذ أداة

ملخص

فولاذ الأدوات عبارة عن مجموعة من السبائك القائمة على الحديد تتميز بمحتواها العالي من الكربون ووجود عناصر صناعة السبائك مثل التنغستن والكروم والفاناديوم والموليبدينوم. تشتهر هذه الفولاذ بصلابةها ، ومقاومة التآكل ، والقدرة على الاحتفاظ بالقوة في درجات حرارة مرتفعة. على هذا النحو ، يتم استخدام فولاذ الأدوات بشكل متكرر في إنتاج الأدوات والقوالب التي تتطلب المتانة والدقة.

أنواع فولاذ الأدوات في الطباعة ثلاثية الأبعاد

يتم استخدام عدة أنواع من فولاذ الأدوات في الطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاد ، بما في ذلك:

• D2 Tool Steel : فولاذ عالي الكربون وعالي الكروم المعروف بصلصه ومقاومة التآكل ، وهو مثالي لأدوات القطع والقوالب.

• M2 Tool Steel : فولاذ عالي السرعة يستخدم في أدوات القطع ومعدات الحفر.

• H13 Tool Steel : فولاذ أداة للعمل الساخن يحافظ على صلابة وقوتها حتى في درجات الحرارة المرتفعة ، والتي تستخدم عادة في قوالب الصب.

• 1.2709: الفولاذ عالي القوة ، منخفضة الفائدة يستخدم عادة لقوالب الحقن والأدوات.

مزايا فولاذ الأدوات في الطباعة ثلاثية الأبعاد

• صلابة عالية : توفر فولاذ الأدوات صلابة استثنائية ومقاومة للارتداء ، مما يجعلها مثالية للأجزاء التي تخضع للاحتكاك الكبير أو الإجهاد الميكانيكي.

• الاستقرار الحراري : تحافظ هذه الفولاذ على قوتها في درجات حرارة عالية ، وهو أمر بالغ الأهمية للمكونات المستخدمة في تطبيقات العمل الساخن.

• الدقة والمتانة : تعتبر فولاذ الأدوات مثالية لتصنيع القوالب وأدوات القطع والأجزاء الأخرى عالية الدقة التي تتطلب المتانة ومقاومة التآكل.

التطبيقات

تعتبر فولاذ الأدوات ضرورية في الصناعات مثل السيارات والفضاء والتصنيع. يتم استخدامها لإنشاء أدوات القطع والقوالب والموت ومكونات الأدوات الأخرى التي تحتاج إلى تحمل درجات حرارة عالية وارتداء مع مرور الوقت.

3. التيتانيوم

ملخص

التيتانيوم هي مادة أخرى تستخدم على نطاق واسع في الطباعة ثلاثية الأبعاد المعدنية ، والمعروفة بقوته ، والوزن المنخفض ، ومقاومة التآكل الممتازة. يتم استخدامه على نطاق واسع في الصناعات الطيران والصناعات الطبية بسبب قدرتها على تحمل الأحمال الميكانيكية العالية مع بقاء الوزن الخفيف. بالإضافة إلى ذلك ، توفر سبائك التيتانيوم مقاومة تآكل فائقة مقارنة بالفولاذ المقاوم للصدأ ، مما يجعلها مثالية للتطبيقات في البيئات القاسية.

أنواع التيتانيوم في الطباعة ثلاثية الأبعاد

تشمل سبائك التيتانيوم الأكثر شيوعًا المستخدمة في الطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاد :

• TI-6AL-4V : سبائك التيتانيوم الأكثر استخدامًا في الطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاد ، والمعروفة بقوته العالية ، والوزن المنخفض ، ومقاومة التآكل الجيدة.

• CP-TI (التيتانيوم النقي التجاري): درجة من التيتانيوم مع مقاومة تآكل ممتازة ولكن قوة أقل مقارنة بالسبائك.

• بيتا 21s : سبيكة التيتانيوم ذات قوة عالية ومقاومة للإرهاق ، وغالبًا ما تستخدم في تطبيقات الفضاء.

• TA15 : سبيكة التيتانيوم مع قوة التعب الاستثنائية ، شائعة الاستخدام في الفضاء والتطبيقات الطبية.

مزايا التيتانيوم في الطباعة ثلاثية الأبعاد

• خفيفة الوزن : التيتانيوم أخف بكثير من معظم المعادن ، مما يجعله مثاليًا للتطبيقات التي يكون فيها الحد من الوزن أمرًا بالغ الأهمية.

• نسبة عالية من القوة إلى الوزن : توفر سبائك التيتانيوم قوة فائقة مع الحفاظ على الوزن المنخفض ، وهي خاصية حرجة في الفضاء والمجالات الطبية.

• مقاومة التآكل : توفر التيتانيوم مقاومة ممتازة للتآكل ، وخاصة في البيئات القاسية مثل مياه البحر أو البيئات الحمضية.

التطبيقات

يتم استخدام التيتانيوم في الفضاء الفضائي لمكونات الطائرات ، في الطب من أجل الزرع والأطراف الاصطناعية ، وفي السيارات لقطع غيار الأداء. إن قوته العالية وطبيعتها الخفيفة الوزن تجعلها مادة متعددة الاستخدامات للصناعات التي تتطلب الأداء والموثوقية.

4. Inconel® 625

ملخص

Inconel® 625 هو Superalloy القائم على النيكل المعروف بقوته الاستثنائية ومقاومة الأكسدة والتآكل. يمكن أن تحافظ على قوته وخصائصه حتى في درجات الحرارة العالية ، مما يجعلها مثالية للبيئات القاسية مثل صناعات المعالجة البحرية والطاقة والكيميائية. يعتبر Inconel® 625 مقاومًا للغاية للأكسدة ، مما يجعله مناسبًا للأجزاء التي ستتعرض للمواد الكيميائية القاسية ودرجات الحرارة المرتفعة والتآكل.

مزايا Inconel® 625 في الطباعة ثلاثية الأبعاد

• القوة العالية : يحتفظ Inconel® 625 بقوته حتى في درجات حرارة تصل إلى 1000 درجة مئوية (1832 درجة فهرنهايت) ، مما يجعلها مثالية للتطبيقات عالية الأداء.

• مقاومة التآكل : مقاومتها للأكسدة والتآكل تجعلها مثالية للصناعات البحرية والكيميائية والطاقة.

• مقاومة درجة الحرارة : يمكن أن تعمل في درجات حرارة عالية دون فقدان خصائصها الميكانيكية ، مما يجعلها مناسبة للمحركات والتوربينات ومكونات أخرى عالية الحرارة.

التطبيقات

يتم استخدام Inconel® 625 في صناعة الطيران لشفرات التوربينات ، في التطبيقات البحرية للمراوح والمبادلات الحرارية ، وفي قطاع الطاقة للأجزاء التي تعمل في بيئات درجات الحرارة العالية.

ورقة الفولاذ المقاوم للصدأ

أداة فولاذية الأداة

ورقة التيتانيوم

625 ورقة

كيف تعمل الطباعة ثلاثية الأبعاد المعدنية

تتضمن المعدنية ثلاثية الأبعاد الطباعة عمومًا استخدام مساحيق معدنية ، والتي يتم دمجها معًا طبقة حسب الطبقة باستخدام الليزر عالي الطاقة أو عوارض الإلكترون. تبدأ العملية بنشر الطبقة الأولى من المسحوق على منصة بناء. ثم يذوب شعاع ليزر أو إلكترون بشكل انتقائي المسحوق ، ويشكل طبقة واحدة من الجزء. بعد اكتمال كل طبقة ، يتم تخفيض منصة الإنشاء ، وينتشر طبقة جديدة من المسحوق على الطريق السابق. تستمر هذه العملية حتى يتم تشكيل الجزء بأكمله.

تستخدم طرق الطباعة ثلاثية الأبعاد المختلفة مواد مختلفة ، بما في ذلك المسحوق والأسلاك والخيوط ، ولكن الأساليب القائمة على المسحوق ، مثل ذوبان الليزر الانتقائي (SLM) والتلبيح بالليزر المعدني المباشر (DMLs) ، هي الأكثر شيوعًا للطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاد . تسمح هذه الطرق بإنشاء أجزاء ذات أشكال هندسية معقدة يصعب تصنيعها باستخدام الطرق التقليدية.

كيفية اختيار أفضل مادة للطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاد

يتطلب اختيار أفضل المواد لمشروع الطباعة ثلاثية الأبعاد المعدنية تقييم خصائص المواد وكيفية توافقها مع متطلبات الأداء للجزء. تشمل العوامل التي يجب مراعاتها:

1. الخصائص الميكانيكية : هل توفر المادة القوة الضرورية والصلابة ومقاومة التآكل للتطبيق؟

2. مقاومة التآكل : هل المواد المعرضة للبيئات القاسية ، تتطلب مقاومة للأكسدة والتآكل؟

3. مقاومة درجة الحرارة : هل سيحتاج الجزء إلى تحمل درجات حرارة عالية دون تحلل أو فقدان خصائصه؟

4. التكلفة : يمكن أن تختلف تكلفة المواد وعملية الطباعة ثلاثية الأبعاد ، لذلك من المهم اختيار مادة تناسب ميزانية المشروع.

من خلال تقييم هذه العوامل ومقارنتها بمواصفات المواد المتاحة ، يمكن للمصنعين اختيار أفضل مادة لاحتياجات الطباعة ثلاثية الأبعاد الخاصة بهم .

خاتمة

مكّنت الطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاد الشركات المصنعة من إنتاج أجزاء عالية الأداء مع هندسة معقدة ، واختيار المادة المناسبة أمر بالغ الأهمية لنجاح المشروع. أداة , الفولاذ المقاوم للصدأ فولاذ , التيتانيوم ، و inconel® 625 ليست سوى عدد قليل من المواد المستخدمة عادة في الطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاد . تقدم كل مادة مزايا مميزة اعتمادًا على التطبيق المحدد ، من الفضاء إلى الصناعات الطبية والسيارات. يعد فهم خصائص هذه المواد وكيف تتماشى مع متطلبات المشروع مفتاح إجراء اختيار المواد الصحيح للطباعة ثلاثية الأبعاد.