التصنيع الإضافي -3Dالطباعة

1. مقدمة الصناعة

         3Dالطباعة(طباعة ثلاثية الأبعاد)، والمعروفة أيضًا باسم التصنيع الإضافي(التصنيع الإضافي، اختصاراًAM)، نشأت في التسعينيات من القرن الماضي. على عكس طرق المعالجة التقليدية "التقليصية"،3Dتستند الطباعة إلى برامج الكمبيوتر، من خلال التصميم، المسح، وما إلى ذلك لإنشاء نموذج ثلاثي الأبعاد، بحيث يتم إضافة المواد بشكل طبقي.(مسحوق، خيوط)هي تقنية لتشكيل المواد.3Dتستخدم الطباعة غالبًا مسحوق كروي كمواد خام، من خلال مصدر حرارة مركزي يتم صهره بشكل انتقائي، وفي عملية التبريد اللاحقة يتصلب لتشكيل القطع المطبوعة..

                     3Dالطباعة                                3Dالمنتجات المطبوعة

  3Dأحد المجالات الرئيسية للطباعة هوصناعة الطيران والفضاء، حيث تحتوي محركات الطائرات الحديثة على آلاف الأجزاء، وبعض هذه الأجزاء (مثل شفرات التوربين) تحتاج إلى تصنيعها وفقًا لمواصفات صارمة باستخدام مادة واحدة.(1تحتاج إلى تصنيعها وفقًا لمواصفات صارمة باستخدام مادة واحدة.قوالبالتصنيع. بعض أجزاء المحرك التي تستخدم الطباعة هي شفرات التوربين، شفرات، فوهات الوقود وأجزاء أخرى. 3D(الشكل 1)

                                                                           2.

تقنية الطباعة3Dبالمقارنة معمزايا التصنيع التقليديحاليًا، تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد المعدنية لا تزال تعاني من فجوة كبيرة مقارنة بتقنيات المعالجة الدقيقة التقليدية من حيث المواد القابلة للمعالجة، دقة المعالجة، خشونة السطح، وكفاءة المعالجة، ولكن مبادئها التقنية الجديدة وطرق التصنيع توفر مزايا هائلة لا يمكن مقارنتها مع المعالجة الدقيقة التقليدية، والتي تتجلى في:

     (1) تقصير دورة تطوير وتحقيق المنتجات الجديدة. عملية تشكيل الطباعة ثلاثية الأبعاد مدفوعة مباشرة بالنموذج ثلاثي الأبعاد، دون الحاجة إلى قوالب، أدوات تثبيت، وما إلى ذلك، مما يمكن أن يقلل بشكل كبير من دورة تطوير المنتج، ويوفر تكاليف إنتاج القوالب باهظة الثمن، ويزيد من سرعة تكرار تطوير المنتجات.

2) يمكن تشكيل هياكل أكثر تعقيدًا بكفاءة. مبدأ الطباعة ثلاثية الأبعاد هو تقسيم الأشكال الهندسية ثلاثية الأبعاد المعقدة إلى أشكال مقاطع ثنائية الأبعاد لتصنيعها بشكل طبقي، وبالتالي يمكن تحقيق تشكيل المكونات المعقدة التي يصعب تحقيقها باستخدام المعالجة الدقيقة التقليدية، مما يزيد من معدل إنتاج الأجزاء، وفي نفس الوقت يحسن جودة المنتج.3) تحقيق تصميم متكامل وخفيف الوزن. يمكن أن يؤدي تطبيق تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد المعدنية إلى تحسين هيكل الأجزاء المعقدة، مع ضمان الأداء، وتحويل الهياكل المعقدة إلى هياكل بسيطة، مما يؤدي إلى تقليل الوزن، كما يمكن لتقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد تحقيق تشكيل مكونات متكاملة، مما يعزز موثوقية المنتج.

2) يمكن تشكيل هياكل أكثر تعقيدًا بكفاءة. مبدأ الطباعة ثلاثية الأبعاد هو تقسيم الأشكال الهندسية ثلاثية الأبعاد المعقدة إلى أشكال مقاطع ثنائية الأبعاد لتصنيعها بشكل طبقي، وبالتالي يمكن تحقيق تشكيل المكونات المعقدة التي يصعب تحقيقها باستخدام المعالجة الدقيقة التقليدية، مما يزيد من معدل إنتاج الأجزاء، وفي نفس الوقت يحسن جودة المنتج.4) كفاءة استخدام المواد عالية. مقارنة بتقنيات المعالجة الدقيقة التقليدية، يمكن لتقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد المعدنية توفير كميات كبيرة من المواد، خاصة بالنسبة للمواد المعدنية باهظة الثمن، مما يوفر تكاليف كبيرة.

2) يمكن تشكيل هياكل أكثر تعقيدًا بكفاءة. مبدأ الطباعة ثلاثية الأبعاد هو تقسيم الأشكال الهندسية ثلاثية الأبعاد المعقدة إلى أشكال مقاطع ثنائية الأبعاد لتصنيعها بشكل طبقي، وبالتالي يمكن تحقيق تشكيل المكونات المعقدة التي يصعب تحقيقها باستخدام المعالجة الدقيقة التقليدية، مما يزيد من معدل إنتاج الأجزاء، وفي نفس الوقت يحسن جودة المنتج.5) تحقيق خصائص ميكانيكية ممتازة. بناءً على خصائص عملية التصلب السريع للطباعة ثلاثية الأبعاد، تكون الجودة المعدنية الداخلية للقطع المشكلة متجانسة وكثيفة، دون أي عيوب معدنية أخرى؛ في نفس الوقت، فإن خاصية التصلب السريع تجعل التركيب الداخلي للمواد يتكون من هياكل دقيقة، مما يمكن أن يزيد من القوة دون فقدان اللدونة.

2) يمكن تشكيل هياكل أكثر تعقيدًا بكفاءة. مبدأ الطباعة ثلاثية الأبعاد هو تقسيم الأشكال الهندسية ثلاثية الأبعاد المعقدة إلى أشكال مقاطع ثنائية الأبعاد لتصنيعها بشكل طبقي، وبالتالي يمكن تحقيق تشكيل المكونات المعقدة التي يصعب تحقيقها باستخدام المعالجة الدقيقة التقليدية، مما يزيد من معدل إنتاج الأجزاء، وفي نفس الوقت يحسن جودة المنتج.3.

2) يمكن تشكيل هياكل أكثر تعقيدًا بكفاءة. مبدأ الطباعة ثلاثية الأبعاد هو تقسيم الأشكال الهندسية ثلاثية الأبعاد المعقدة إلى أشكال مقاطع ثنائية الأبعاد لتصنيعها بشكل طبقي، وبالتالي يمكن تحقيق تشكيل المكونات المعقدة التي يصعب تحقيقها باستخدام المعالجة الدقيقة التقليدية، مما يزيد من معدل إنتاج الأجزاء، وفي نفس الوقت يحسن جودة المنتج.حالة صناعة مواد مسحوق السبائك عالية الحرارة للطباعة

طرق تحضير المساحيق الكروية للطباعة ثلاثية الأبعاد تشمل طريقة الرش الهوائي، طريقة الرش بالبلازما، طريقة الرش الكهربائي الدوار، وطريقة الكربون، وغيرها. من بينها، الطريقة الأكثر استخدامًا هي طريقة الرش الهوائي.3D1. نظرة عامة على آلية تحضير مسحوق المعادن الكروي بالرش الهوائي

وفقًا لـ

See

وDombrowski، تنقسم عملية الرش الهوائي إلى ثلاث مراحل: التكسير الأولي، التكسير الثانوي، والتشكيل والتصلب، وتشمل بشكل رئيسي حالة توزيع تدفق الهواء، انصهار السبائك، تكسير المصهور، التشكيل، والتصلب، وما إلى ذلك، كما هو موضح في الشكل 1.أولاً، يتسارع تدفق الهواء عبر فوهة الرش ويشكل حقل تدفق هواء مستقر، وعندما يتلامس سائل المعدن المنصهر مع تدفق الهواء، فإن تدفق الهواء عالي السرعة والضغط يصطدم بالسائل، مما يحول الطاقة الحركية للغاز إلى طاقة سطحية لقطرات المعدن المنصهر، مما يشكل قطرات صغيرة. تطير القطرات بسرعة تحت تأثير سحب تدفق الهواء، وفي الطريق تتأثر بقوة السطح مما يؤدي إلى تشكيل كروي، وتبرد بسرعة وتتصلب في تدفق الرش الهوائي للحصول على جزيئات مسحوق كروية.رسم توضيحي لعملية الرش الهوائي (أ)صورة الرش (ب)

                      2. مواد مسحوق المعادن                                                    في الوقت الحالي، في صناعة الطباعة ثلاثية الأبعاد، تشغل الطباعة ثلاثية الأبعاد المعدنية نسبة كبيرة، ومع نضوج تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد المعدنية وانخفاض التكاليف بشكل كبير، فإن نطاقها وعمقها وحجمها في الاستخدام في تزايد مستمر. على سبيل المثال، في مجال الطيران والفضاء، انتقلت الطباعة ثلاثية الأبعاد المعدنية من تصنيع نماذج اختبار إلى مرحلة الإنتاج الضخم؛ في مجال طب الأسنان، أصبحت الطباعة ثلاثية الأبعاد لتاج الأسنان المعدنية وسيلة شائعة في مختبرات الأسنان؛ في مجال جراحة العظام، بدأت الطباعة ثلاثية الأبعاد للزرعات المعدنية في الاستخدام على نطاق واسع؛ في مجالات القوالب، والمشعات، وغيرها، تحل محل العمليات التقليدية؛ وفي مجال السيارات، لا يزال هناك إمكانيات كبيرة في الاستخدام تنتظر الاستكشاف.

مواد مسحوق المعادن

3.مواد السبائك عالية الحرارة.

                                                   金属粉末材料

3、高温合金材料

سبائك عالية الحرارة المعروفة أيضًا باسم سبائك فائقة، تتمتع بمقاومة جيدة للأكسدة، ومقاومة للتآكل، وأداء ممتاز في الشد، والدوام، والتعب، واستقرار طويل الأمد في التركيب، وقد تم تطويرها لتلبية متطلبات تقنيات الفضاء الحديثة في ظروف الاستخدام عالية الحرارة، مما يظهر حيوية قوية في مجال محركات الطائرات المتقدمة.

سبائك الحرارة المصنوعة بتقنية المعادن المسحوقة هي سبائك عالية الحرارة تم إعدادها باستخدام طريقة المعادن المسحوقة، مقارنةً بالسبائك التقليدية المصبوبة والمطروقة، تتمتع بتركيب متجانس، وعدم وجود تباين ماكروسكوبي، بالإضافة إلى قوة يلدية عالية، وأداء جيد في التعب، مما يتغلب على التباين الناتج عن العمليات التقليدية.(غير متجانس)، كل جزيء من المسحوق المسبق هو "سبائك ميكروسكوبية"، ويمكن أن يحدث تباين السبيكة فقط في نطاق صغير من جزيئات المسحوق، مما يمكن أن يحسن الأداء الشامل للسبيكة، ويقلل من كمية المعالجة الميكانيكية، ويزيد من كفاءة استخدام السبيكة. خاصة مع تعقيد مكونات سبائك الحرارة وزيادة حجم الأجزاء، تظهر سبائك الحرارة المصنوعة بتقنية المعادن المسحوقة مزايا أكبر..

أربعة،طباعة ثلاثية الأبعاداتجاهات تطوير الصناعة

1،تزايد الحاجة إلى تمويل الصناعة، ومن المتوقع أن يتجاوز الحجم70 مليار يوان. وفقًا للإحصاءات، في عام 2021، بلغ إجمالي تمويل التصنيع الإضافي العالمي 65 مليار دولار، بمعدل نمو تمويل يبلغ 66%. بلغ إجمالي تمويل شركات التصنيع الإضافي في الصين حوالي 4.8 مليار يوان، بزيادة قدرها 33.3% مقارنةً بعام 2020، ولا يزال هناك فجوة بين إجمالي الاستثمار الحالي ومعدل النمو مقارنةً بالخارج. من المتوقع أن يتجاوز الطلب على تمويل صناعة التصنيع الإضافي في الصين 70 مليار يوان في عام 2022.

2،من المتوقع أن تحقق قطع الغيار للمعدات المتوسطة المستوى استبدالًا محليًا كاملًا. في السنوات الأخيرة، زادت استثمارات الشركات المحلية في تطوير قطع الغيار المصنعة بتقنية التصنيع الإضافي، وقد تم استخدام قطع الغيار المحلية مثل Dazhuo Siter وWuhan Ruike بشكل مستقر في معدات الليزر للطب الأسنان، والذوبان الانتقائي، والتصلب الضوئي. مع تزايد الطلب، يتسارع تقدم التصنيع المحلي لقطع الغيار، ومن المتوقع أن تحقق قطع الغيار للمعدات المتوسطة المستوى استبدالًا محليًا كاملًا.

   3、تظهر المعدات الصناعية ذات المستوى العالي اتجاهات في الحجم الكبير، والكفاءة العالية، والتخصص. مع تقدم التكنولوجيا وتجديد العمليات، وزيادة متطلبات التطبيقات، وتوسيع سيناريوهات الاستخدام، تظهر معدات التصنيع الإضافي تدريجيًا اتجاهات في الحجم الكبير، والكفاءة العالية، والتخصص. في الوقت نفسه، استجابةً للاحتياجات المختلفة في مجالات الطب، والبناء، وحماية التراث الثقافي، أطلقت الشركات المحلية معدات ذوبان الليزر للطب الأسنان، ومعدات التصلب الضوئي المخصصة لتقليد التراث الثقافي، ومعدات ضغط المواد للآلات المستخدمة في البناء.

أربعة،تستمر سوق الخدمات في التوسع، ومن المتوقع أن تشهد مجالات مثل الصب انفجارًا.تشير بيانات تقرير Wohlers إلى أن نسبة الشركات الدولية في خدمات التصنيع الإضافي تزداد عامًا بعد عام، حيث بلغ حجم سوق خدمات التصنيع الإضافي حوالي 6.25 مليار دولار في عام 2021، مما يمثل 41% من إجمالي حجم السوق، مما يعني أن الخدمات أصبحت قوة دافعة مهمة لتطوير الصناعة. لا تزال شركات خدمات التصنيع الإضافي المحلية قليلة، وفقًا لبيانات الشركات المستندة إلى الأبحاث، تبلغ النسبة حوالي 21%. الشركات المحلية الحالية مثل Xin Jinghe وKangshuo Group قد بدأت بالفعل في إنتاج المصانع الجديدة، ومن المتوقع أن يشهد سوق الخدمات المحلي زيادة كبيرة في عام 2022. وفقًا لإحصاءات جمعية الصب الصينية، يوجد في الصين 26000 مصنع صب، ويبلغ حجم سوق الصب الرملي حوالي 120 مليار يوان، باستخدام التصنيع الإضافي يمكن تقليل عملية الصب من 15 خطوة إلى 8 خطوات. في ظل خلفية "ثنائي الكربون"، تستمر تقنية التصنيع الإضافي في تمكين صناعة الصب، ومن المتوقع أن يتجاوز الطلب على معدات التصنيع الإضافي الرملي 2000 وحدة في السنوات الخمس المقبلة.

                                                                                        2018-2021 حالة إيرادات صناعة التصنيع الإضافي في الصين

خمسة، الاستنتاجات والتوقعات

        منذ ظهور تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد في التسعينيات، بدأت من طباعة المواد البوليمرية ثم تركزت تدريجياً على طباعة مسحوق المعادن، وتم تطوير مجموعة كبيرة من التقنيات الجديدة، والمعدات، والمواد. حاليًا، تتقدم خطوات الابتكار في تكنولوجيا المعلومات باستمرار، ويدخل الإنتاج الصناعي مرحلة جديدة من الذكاء الرقمي، وستكون تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد دافعًا قويًا لتطوير الذكاء الصناعي. في السنوات الأخيرة، حققت تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد لمساحيق السبائك عالية الحرارة بعض النتائج، ولها تطبيقات واسعة في مجالات الطيران والفضاء، والطب الحيوي، وصناعة السيارات. تتطور صناعة الطباعة ثلاثية الأبعاد بسرعة، حيث بلغت إيرادات الصناعة المحلية 26.5 مليار يوان، بمعدل نمو سنوي متوسط يبلغ 30%، وبلغ عدد الشركات ذات الحجم الكبير أكثر من 100 شركة.

حاليًا، مسحوق سبائك الحرارة في الصينتواجه تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد العديد من التحديات: من ناحية، تشمل تدفق المسحوق وتوزيع حجم الجسيمات، والتفاعل مع مصدر الحرارة، وتشكيل الهيكل المجهري الطبقي، وتقليل العيوب وتحسين خصائص المعادن بشكل أفضل؛ ومن ناحية أخرى، تشمل تحسين معلمات العملية، والمراقبة في الوقت الحقيقي، وتأسيس معايير التحقق، والاختبار عالي الإنتاجية وتصنيع المكونات الكبيرة. يجب أن يأخذ تصميم مسحوق سبائك الحرارة للطباعة ثلاثية الأبعاد في الاعتبار القابلية للتصنيع، والتناسق الميكانيكي، والاستقرار، والتكلفة. من المؤكد أن عنق الزجاجة في المواد سيؤثر على推广 تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد، حيث تضع تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد متطلبات أعلى على المواد. الاتجاهات الرئيسية لتطوير مواد مسحوق سبائك الحرارة للطباعة ثلاثية الأبعاد تشمل ثلاثة جوانب: أولاً، تعزيز العلاقة بين خصائص المواد والهياكل على أساس المواد الحالية، وتحسين معلمات العملية، وزيادة سرعة الطباعة، وتقليل نسبة المسام ومحتوى الأكسجين، وتحسين جودة سطح الأجزاء المطبوعة؛ ثانيًا، تطوير مواد جديدة تجعلها مناسبة للطباعة ثلاثية الأبعاد، مثل تطوير مسحوق سبائك حرارة جديدة ذات مقاومة ممتازة للتآكل، ومقاومة عالية الحرارة، وأداء ميكانيكي شامل؛ ثالثًا، مراجعة وتحسين نظام معايير تقنية مواد المسحوق للطباعة ثلاثية الأبعاد، لتحقيق نظامية ودوام معايير تقنية طباعة مواد سبائك الحرارة.

ستة،3Dملاحظات الطباعة مقارنةً بالتصنيع التقليدي

شركة نانجينغ جيان تشوان شي غونغ ماو المحدودة هي مزود محترف لخدمات الأدوات والملحقات في مجال التصنيع الميكانيكي، ولديها فريق خدمات تقنية ممتاز ونظام خدمات إمداد قوي؛ فيما يتعلق3Dبمعالجة المنتجات المطبوعة لاحقًا ومعالجة الدقة التقليدية، لديها خبرة غنية في معالجة μm، ولها سمعة ممتازة وخطط خدمات تقنية متكاملة في هذا المجال. 3Dملخص عيوب الطباعة مقارنةً بالتصنيع التقليدي وملاحظات المعالجة اللاحقة كما يلي:

   1) مقارنة المشاريع

 2) ملاحظات الطباعة ثلاثية الأبعاد

   1، يُنصح باستخدام الخيوط مع التثقيب، ولا يُنصح بالطباعة مباشرة (بما في ذلك الخيوط الداخلية والخارجية)؛

2، سمك الجدران، عرض الأخاديد، وحجم الخط أقل من 0.5 مم لا يضمن إمكانية الطباعة؛

3، يجب تذكير الأجزاء المجمعة بإرسال رسومات التجميع، وسيتم تجميعها قبل الشحن، وإذا لم يتم التذكير، فلن نكون مسؤولين عن التجميع؛

4، يجب أن يكون الفجوة في المنتجات التي تحتاج إلى تجميع 0.15 مم من جانب واحد؛

5، يجب ترك هامش معالجة مسبق للأجزاء التي تتطلب تجميعًا دقيقًا (مثل ثقوب المحامل/القطر/مواضع التجميع المسطحة) ثم يتم التوافق من خلال المعالجة الدقيقة الثانية.

6، بعد الطباعة ثلاثية الأبعاد المعدنية، قد تتعرض بعض الهياكل الطويلة، والأجزاء ذات الجدران الرقيقة، والأصداف للتشوه. تتمثل ميزة الطباعة ثلاثية الأبعاد المعدنية في قدرتها على إنتاج هياكل معقدة، لكن الدقة وجودة السطح أقل من المعالجة الآلية؛

7، سطح بلون طبيعي مع نقاط خشنة (حوالي Ra7)؛

8، معالجة المواد بعد الطباعة ثلاثية الأبعاد المعدنية: يمكن معالجتها لاحقًا مثل المواد التقليدية؛

9، دقة الطباعة للمنتجات ضمن 50 مم ±0.1 مم، ودقة الطباعة للمنتجات الأكبر تعتمد على الرسومات؛

10، بالنسبة للمنتجات الكبيرة التي تحتاج إلى طباعة مفككة، يجب مراعاة مواقع التفكيك، وتجنب مواقع الثقوب، وأخذ مقدار التشوه في الاعتبار، بالإضافة إلى توفير واجهات التوافق أثناء اللحام.

南京箭穿石技工贸有限公司2023/05/10