الفئات السبع للتصنيع الإضافي

الوصف

ينطويالتصنيع الإضافي (AM)، الذي يشار إليهعادةً باسم الطباعة ثلاثية الأبعاد، على إنشاء كائنات طبقة تلو الأخرى من نموذج رقمي. وقد أحدثت هذه التقنية ثورة في الصناعات، حيث تقدم نماذج أولية سريعة وإنتاجًا مخصصًا لمجموعة واسعة من التطبيقات. وتنقسم العملية إلى سبع فئات رئيسية، لكل منها طرق ومزايا فريدة. وتتضمن هذه الفئات البلمرة الضوئية VAT، ونفث المواد، ونفث المواد، ونفث المواد، وبثق المواد، ودمج طبقة المسحوق، وتصفيح الصفائح، والترسيب بالطاقة الموجهة.

البلمرة الضوئية بضريبة القيمة المضافة

البلمرة الضوئية VAT هي تقنية طباعة ثلاثية الأبعاد شائعة تستخدم الأشعة فوق البنفسجية لمعالجة الراتنج السائل وتحويله إلى طبقة صلبة طبقة تلو الأخرى. وتعتمد هذه الطريقة على وعاء من راتنج البلمرة الضوئية السائل الذي يتم تعريضه بشكل انتقائي لضوء الأشعة فوق البنفسجية من خلال جهاز عرض أو ليزر. تبدأ العملية بإنشاء طبقة رقيقة من الراتنج، والتي يتم تقويتها بعد ذلك بواسطة مصدر ضوء الأشعة فوق البنفسجية، يليها خفض منصة البناء لإفساح المجال للطبقة التالية. تستمر هذه العملية حتى يكتمل النموذج.
تُستخدم هذه الفئة بشكل شائع في صناعات مثل المجوهرات وتطبيقات طب الأسنان والنماذج الأولية، حيث تكون الدقة العالية والتفاصيل الدقيقة ضرورية.

نفث المواد

يعمل نفث المواد بشكل مشابه للطباعة بنفث الحبر ولكن مع مواد تتصلب عند الترسيب. في هذه العملية، يتم نفث قطرات صغيرة من المواد، عادةً ما تكون من البوليمر الضوئي، على سطح البناء من رؤوس طباعة متعددة. تتم معالجة كل طبقة من المواد باستخدام ضوء الأشعة فوق البنفسجية، مما يؤدي إلى ربطها بالطبقة السابقة.
يوفر نفث المواد دقة عالية وغالبًا ما يُستخدم لإنتاج النماذج الأولية والقوالب والنماذج ذات التفاصيل المعقدة والتشطيبات الناعمة. يمكن أن تعمل هذه الفئة أيضًا مع مواد متعددة في وقت واحد، مما يتيح إنشاء أجزاء متعددة المواد.

النفث الموثق

النفث الموثق هو طريقة طباعة ثلاثية الأبعاد تعتمد على المسحوق وتستخدم مادة رابطة لدمج جزيئات مادة المسحوق معًا، طبقة تلو الأخرى. يقوم رأس الطباعة بترسيب مادة رابطة سائلة بشكل انتقائي على سطح طبقة المسحوق. تتسبب المادة الرابطة في التصاق جزيئات المسحوق معًا لتشكيل طبقة صلبة. بعد طباعة كل طبقة، تتحرك منصة البناء لأسفل، ويتم نشر المزيد من المسحوق فوق الطبقة.
تُستخدم هذه التقنية عادةً مع مساحيق المعادن أو الرمل أو السيراميك. وغالبًا ما يُستخدم النفث الموثق في تطبيقات مثل قوالب صب الرمل وإنتاج الأجزاء المعدنية والنماذج المعمارية نظرًا لقدرته على إنشاء أشكال هندسية كبيرة ومعقدة.

بثق المواد

يعد بثق المواد أحد أكثر طرق الطباعة ثلاثية الأبعاد المعروفة على نطاق واسع، وقد شاع استخدام تقنيات مثل نمذجة الترسيب المنصهر (FDM). تتضمن هذه الطريقة بثق خيوط من المواد، مثل اللدائن الحرارية، من خلال فوهة ساخنة. يتم ترسيب المادة طبقة تلو الأخرى، حيث تلتصق كل طبقة بالطبقة التي تحتها عندما تبرد وتتصلب.
يستخدم بثق المواد على نطاق واسع في صناعات مثل السيارات والسلع الاستهلاكية والفضاء. وهي معروفة بسهولة الاستخدام والقدرة على تحمل التكاليف وتوافر مجموعة كبيرة من المواد، بما في ذلك المواد البلاستيكية مثل ABS و PLA.

اندماج قاع المسحوق

اندماج طبقة المسحوق (PBF) هي طريقة تستخدم شعاع الليزر أو الإلكترون لإذابة جزيئات المسحوق ودمجها بشكل انتقائي في طبقة من المواد. تتضمن هذه العملية نشر طبقة رقيقة من المسحوق عبر منصة البناء ثم استخدام شعاع الليزر أو شعاع الإلكترون لدمج المسحوق في مواقع محددة بناءً على التصميم الرقمي.
تُستخدم تقنية PBF بشكل شائع مع مساحيق المعادن، مثل الفولاذ المقاوم للصدأ أو التيتانيوم أو الألومنيوم، وهي مثالية لإنشاء أجزاء معقدة وعملية للغاية. وهذه الطريقة مفيدة بشكل خاص للصناعات مثل صناعة الطيران والأجهزة الطبية والأدوات نظرًا لخصائص المواد التي توفرها، مثل القوة والمتانة.

مزيد من القراءة: التصنيع الإضافي (AM) واندماج قاع المسحوق (PBD)

التصفيح بالصفائح

التصفيح بالصفائح هي تقنية طباعة ثلاثية الأبعاد حيث يتم تصفيح صفائح رقيقة من المواد، مثل الورق أو المعدن، معًا وتقطيعها مع كل طبقة. يتم لصق الصفائح باستخدام مادة لاصقة أو حرارية، وعادةً ما تتضمن عملية القطع وسائل ليزر أو ميكانيكية لتحديد شكل كل طبقة.
تشتهر هذه الفئة بفعاليتها من حيث التكلفة وسرعتها، خاصة عند استخدامها مع الورق أو المواد المركبة. ويُستخدم التصفيح بالصفائح بشكل شائع لإنتاج النماذج والنماذج الأولية، وكذلك في بعض تطبيقات الطيران والسيارات.

الترسيب بالطاقة الموجهة

الترسيب بالطاقة الموجهة (DED) هو تقنية تصنيع مضافة حيث يتم استخدام الطاقة الحرارية المركزة، مثل الطاقة الصادرة عن الليزر أو شعاع الإلكترون، لإذابة المواد الأولية (عادةً في شكل مسحوق أو سلك) أثناء ترسيبها على سطح ما. تتصلب المادة عند التبريد، مما يؤدي إلى بناء الجسم طبقة تلو الأخرى.
وغالباً ما تُستخدم تقنية DED لإصلاح وصيانة الأجزاء المعدنية ويمكن استخدامها أيضاً لإنشاء أجزاء كبيرة ومعقدة في صناعات مثل الفضاء والدفاع والأدوات. إن المرونة في العمل مع مختلف السبائك المعدنية تجعلها مثالية للتطبيقات التي يكون فيها أداء المواد أمرًا بالغ الأهمية.

الجدول: مقارنة بين الفئات السبع للتصنيع الإضافي

لمزيد من التطبيقات والمنتجات ذات الصلة، يرجى مراجعة Stanford Advanced Materials (SAM).

الأسئلة المتداولة

ما هو الفرق بين البلمرة الضوئية لضريبة القيمة المضافة ونفث المواد؟
تستخدم البلمرة الضوئية VAT مصدر ضوء الأشعة فوق البنفسجية لمعالجة الراتنج السائل، بينما نفث المواد ينفث قطرات من مادة البوليمر الضوئي، ويعالجها بالأشعة فوق البنفسجية.

هل يمكن استخدام بثق المواد مع المعدن؟
يُستخدم بثق المواد في المقام الأول مع المواد البلاستيكية الحرارية ولكن يمكن أن يعمل أيضًا مع المركبات المعدنية في أنظمة متخصصة.

ما الذي يجعل نفث المواد الرابطة مناسبًا للأجزاء المعدنية؟
يسمح نفث المواد الرابطة بإنشاء أجزاء معدنية معقدة باستخدام مساحيق معدنية، والتي يمكن تلبيدها لزيادة القوة، مما يجعلها مثالية لتصنيع المعادن.

لماذا يعتبر الانصهار القاعي للمسحوق شائعًا في مجال الفضاء الجوي؟
يسمح الاندماج القاعي للمسحوق بإنشاء أجزاء معدنية معقدة ذات قوة عالية، مما يجعلها مثالية للمتطلبات الصارمة لتطبيقات الفضاء الجوي.

ما هي ميزة ترسيب الطاقة الموجهة في إصلاح المعادن؟
يسمح الترسيب الموجه بالطاقة بإصلاح موضعي للأجزاء المعدنية عن طريق صهر وإضافة المواد بدقة، مما يجعلها فعالة للإصلاحات في مجال الطيران وغيرها من الصناعات عالية الأداء.