مساحيق معدنية للطباعة ثلاثية الأبعاد لتطبيقات الفضاء

المساحيق المعدنية للطباعة ثلاثية الأبعاد

مساحيق المعادن هي أهم مادة خام للطباعة ثلاثية الأبعاد للأجزاء المعدنية ، وتعد خصائص المسحوق من أهم العوامل التي تؤثر على جودة منتجات الطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاد. تعتبر مواد المسحوق التي يقل قطرها عن 1 مم مناسبة بشكل عام للطباعة ثلاثية الأبعاد ، ولكن المنتجات المعدنية المطبوعة ثلاثية الأبعاد عالية الجودة لها متطلبات أعلى للشكل وحجم الجسيمات ونقاء المسحوق. الأنواع الرئيسية لمعدات الطباعة ثلاثية الأبعاد هي نشر المسحوق وتغذية المسحوق المحورية والتغذية الجانبية للمسحوق ، اعتمادًا على طريقة تجديد المسحوق. الجزء النهائي للطباعة ثلاثية الأبعاد للمسحوق الجانبي

دقة الشكل والأبعاد للجزء النهائي منخفضة ، ولا يمكن استخدام طاقة الليزر بالكامل ومعدل استخدام المسحوق منخفض. لذلك ، فإن معدات الطباعة ثلاثية الأبعاد المعدنية عالية الجودة هي أساسًا الطريقتان الرئيسيتان لتجديد المسحوق هما نشر المسحوق أو تغذية المسحوق المحوري.

على عكس تكنولوجيا تصنيع المواد المعدنية التقليدية بمعداتها الضخمة ، والعملية الطويلة ، والاستهلاك العالي للطاقة ، والتلوث والاستخدام المنخفض للمواد ، فإن الطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاد لها المزايا التالية: (1) استخدام المواد بشكل عام ؛ (2) لا حاجة لفتح القوالب ، عمليات تصنيع قليلة ووقت دورة قصير ؛ (3) يمكن تصنيع الأجزاء ذات الهياكل المعقدة ؛ (4) تصميم مجاني وفقًا لمتطلبات الخصائص الميكانيكية ، دون مراعاة عمليات التصنيع. في السنوات الأخيرة ، تطورت الطباعة ثلاثية الأبعاد للمعادن بسرعة ، حيث قامت شركة GKN Aerospace بتزويد طائرات إيرباص وسافران الفرنسية بفوهات صاروخ آريان 6 (SWAN) بقطر 2.5 متر ، ومعالجة المكونات الهيكلية الرئيسية من خلال عمليات اللحام بالليزر وترسيب طاقة الليزر ، مما يقلل من عدد مكونات الفوهة من

ما يقرب من 1000 إلى 100 جزء تقريبًا ، مما يقلل التكاليف بمقدار 40% وأوقات التسليم بمقدار 30%. تُستخدم الطباعة ثلاثية الأبعاد للمعادن بشكل أساسي لتوفير الإنتاج السريع لنماذج التصميم الصناعي وتصنيع القوالب المعقدة ، فضلاً عن إنتاج مجموعات صغيرة ، وهياكل معقدة ، وأداء عالٍ ومكونات معدنية كبيرة. تستخدم الطباعة ثلاثية الأبعاد للمعادن مسحوقًا معدنيًا كمواد مضافة وتستخدم طرق تشكيل سريعة مثل ذوبان الليزر الانتقائي (SLM) أو الذوبان الانتقائي لشعاع الإلكترون (EBSM) أو تشكيل الليزر بالقرب من الشبكة (LENS) للتحول السريع مباشرةً من نموذج رقمي محوسب إلى نموذج جزء صلب. تحتاج الأجزاء المعدنية المطبوعة ثلاثية الأبعاد عالية الجودة لتطبيقات الفضاء والدفاع والطب والسيارات والإلكترونيات إلى قوة عالية ودقة في الأبعاد وضيق المياه وخفة الوزن. تعني مراقبة الجودة لعمليات الطباعة ثلاثية الأبعاد للمعادن بالإضافة إلى معدات الطباعة ، خصائص المسحوق المعدني ، بما في ذلك كروية المسحوق والنظافة وتوزيع حجم الجسيمات

كروية ونظافة المسحوق ، وتوزيع حجم الجسيمات ، ومحتوى الأكسجين ، وقابلية التدفق وكثافة التعبئة السائبة.إن جودة المسحوق المعدني ، بما في ذلك كروية المسحوق والنظافة ، وتوزيع حجم الجسيمات ، ومحتوى الأكسجين ، والسيولة والكثافة الظاهرية ، لها أيضًا تأثير كبير.

مؤشرات الأداء الرئيسية لمساحيق الطباعة ثلاثية الأبعاد

(1) الطهارة. يمكن أن تقلل الإضافات الخزفية بشكل كبير من أداء الجزء الأخير ، وهذه الشوائب بشكل عام لها نقطة انصهار عالية ويصعب تلبيدها في الشكل ، لذلك يجب أن يكون المسحوق خاليًا من شوائب السيراميك. بالإضافة إلى ذلك ، محتوى الأكسجين والنيتروجين يحتاج إلى رقابة صارمة. تعتمد تقنية تحضير المسحوق الحالية للطباعة ثلاثية الأبعاد للمعادن بشكل أساسي على الانحلال (بما في ذلك تقنيات مثل الهباء الجوي وانحلال القطب الكهربائي الدوار) ، حيث يحتوي المسحوق على مساحة سطح محددة كبيرة ويمكن أن يتأكسد بسهولة. في الفضاء والتطبيقات الخاصة الأخرى ، تكون متطلبات العملاء لهذا المؤشر أكثر صرامة ، مثل محتوى أكسجين مسحوق سبائك درجة الحرارة العالية من 0.006% ~ 0.018% ، محتوى أكسجين مسحوق سبائك التيتانيوم من 0.007% ~ 0.013% ، محتوى أكسجين مسحوق الفولاذ المقاوم للصدأ من 0.010% ~ 0.025% (كل الكسر الكتلي). بالنسبة لمسحوق سبائك التيتانيوم ، سيشكل النيتروجين والهيدروجين والتيتانيوم عند درجات حرارة عالية TiN و TiH2 ، مما يقلل من اللدونة وصلابة سبائك التيتانيوم. لذلك ، يجب التحكم بدقة في عملية تحضير المسحوق من أجل الغلاف الجوي.

 (2) توزيع حجم حبيبات المسحوق. كما هو مذكور أعلاه ، تتطلب عمليات التشكيل وعمليات الطباعة ثلاثية الأبعاد المختلفة توزيعات مختلفة لحجم جزيئات المسحوق. في الوقت الحالي ، نطاق حجم جزيئات المسحوق المستخدمة بشكل شائع للطباعة ثلاثية الأبعاد للمعادن هو 15-53 ميكرومتر (مسحوق ناعم) ، 53-105 ميكرومتر (مسحوق خشن) ، والتي يمكن تخفيفها إلى 105-150 ميكرومتر (مسحوق خشن) في بعض المناسبات [ 11]. تعتمد الطباعة ثلاثية الأبعاد مع اختيار حجم جزيئات المسحوق المعدني بشكل أساسي على مصادر الطاقة المختلفة للطابعات المعدنية ، مع الليزر كمصدر للطاقة للطابعة ، بسبب بقعة التركيز الدقيقة ، يسهل إذابة المسحوق الناعم ، ومناسب للاستخدام 15 ~ 53 ميكرومتر مسحوق كمواد مستهلكة ، طريقة تجديد المسحوق لطبقة تلو الأخرى مسحوق وضع طبقة ؛ إلى شعاع الإلكترون كمصدر للطاقة لوضع طابعة من نوع المسحوق ، مع التركيز على البقعة الخشنة قليلاً ، وأكثر ملاءمة لإذابة المسحوق الخشن ، ومناسب للاستخدام مسحوق خشن 53 ~ 105 ميكرومتر كمسحوق رئيسي ؛ بالنسبة للطابعة نوع التغذية بالمسحوق المحوري ، يمكن للطابعة استخدام حجم الجسيمات من مسحوق 105 ~ 150 ميكرومتر كمواد مستهلكة.

(3) مورفولوجيا المسحوق. يرتبط شكل المسحوق وطريقة تحضير المسحوق ارتباطًا وثيقًا ، بشكل عام من الغاز المعدني أو السائل المنصهر إلى مسحوق ، ويميل شكل جزيئات المسحوق إلى كروي ؛ من الحالة الصلبة إلى مسحوق ، تكون جزيئات المسحوق غير منتظمة الشكل ؛ وبواسطة طريقة التحليل الكهربائي للمحلول المائي لتحضير المسحوق الأكثر شجرية. بشكل عام ، كلما زادت الكروية ، كانت سيولة جزيئات المسحوق أفضل.

المساحيق المعدنية للطباعة ثلاثية الأبعاد تتطلب كروية 98% أو أكثر ، مما يجعل من السهل نشر وتغذية المسحوق أثناء الطباعة. تعد طرق الإلكترود والدوران من الطرق الرئيسية لإعداد مساحيق معدنية عالية الجودة بطباعة ثلاثية الأبعاد.

• سيولة المسحوق وكثافة التعبئة السائبة. تؤثر سيولة المسحوق بشكل مباشر على توحيد انتشار المسحوق واستقرار عملية تغذية المسحوق في عملية الطباعة. (4) سيولة المسحوق والكثافة الظاهرية. ترتبط السيولة بمورفولوجيا المسحوق وتوزيع حجم الجسيمات والكثافة الظاهرية. كلما كبرت جزيئات المسحوق ، زاد توزيع حجم الجسيمات وكثافة المسحوق. كلما كانت جزيئات المسحوق أكبر ، كلما كان شكل الجسيمات أكثر انتظامًا وصغر نسبة المسحوق الناعم جدًا في تكوين حجم الجسيمات ، وكلما زاد حجم جزيئات المسحوق ، كان شكل الجسيمات أكثر انتظامًا وصغر نسبة المسحوق الناعم جدًا في الجسيم تكوين الحجم ، كان التنقل أفضل. الجسيمات تظل الكثافة كما هي ، وتزداد الكثافة النسبية وتزداد حركة المسحوق. الجزيئات: يؤدي امتصاص الماء والغازات وما إلى ذلك على السطح إلى تقليل سيولة المسحوق. كثافة التعبئة السائبة هي وحدة حجم المسحوق عندما تملأ عينة المسحوق بشكل طبيعي الحاوية المحددة. كتلة المسحوق. بشكل عام ، كلما كان حجم المسحوق خشنًا ، زادت الكثافة الظاهرية. كلما كان المسحوق خشنًا ، زادت الكثافة الظاهرية. فضفاض تأثير الكثافة الظاهرية على كثافة منتج الطباعة المعدنية النهائية ليس حاسمًا. لا يوجد دليل قاطع على تأثير الكثافة الظاهرية على كثافة منتج الطباعة المعدنية النهائية ، ولكن زيادة الكثافة الظاهرية تعمل على تحسين تدفق المسحوق.

تعد الطباعة ثلاثية الأبعاد إحدى تقنيات تصنيع المواد الناشئة التي تطورت بسرعة في السنوات الأخيرة ، حيث إنها مناسبة لمجموعة واسعة من المواد ولديها مجموعة واسعة من التطبيقات ومعدلات تجسيد عالية.

مساحيق المعادن هي مادة مستهلكة مهمة للطباعة ثلاثية الأبعاد للمعادن ، منها AA و طرق PREP تم تطبيقها بنجاح في صناعة الطيران. تم تطبيق طرق AA و PREP بنجاح في صناعة الطيران. ومع ذلك ، يجب أن تكون مساحيق المعادن للطباعة ثلاثية الأبعاد يجب أن يكون حجم المسحوق صغيرًا ، مع توزيع ضيق لحجم الجسيمات ، وكروية عالية ، ومحتوى أكسجين منخفض. من الواضح أن استخدام مساحيق المعادن للطباعة ثلاثية الأبعاد يمثل تحديًا كبيرًا. من الواضح أن طريقة الإعداد المسبق أفضل من طريقة AA التقليدية (VIGA) لتطبيق مساحيق المعادن في الطباعة ثلاثية الأبعاد. من الواضح أن طريقة PREP أكثر فائدة من طريقة AA التقليدية (طريقة VIGA) لإعداد مكونات معدنية مطبوعة ثلاثية الأبعاد عالية الجودة ، وتستخدم الآن على نطاق واسع في آلات الطباعة ثلاثية الأبعاد ذات التغذية المحورية. تم استخدام طريقة PREP على نطاق واسع في آلات الطباعة ثلاثية الأبعاد ذات التغذية المحورية. تم استخدام طريقة PREP على نطاق واسع في آلات الطباعة ثلاثية الأبعاد ذات التغذية المحورية نظرًا لقدرتها على إنتاج مساحيق كروية فائقة الدقة (يصل حجم الجسيمات إلى 50 ميكرومتر). (حجم الجسيمات يصل إلى 50 ميكرومتر) والإنتاج المنخفض نسبيًا استخدام PREP في معدات الطباعة ثلاثية الأبعاد لنشر المسحوق منخفض نسبيًا نظرًا لانخفاض إنتاجيته وانخفاض إنتاجيته نسبيًا. لذلك ، هناك حاجة ملحة لتحسين العملية وتطوير جيل جديد من تكنولوجيا المسحوق الكهربائي المذاب بالبلازما والمعدات لتحسين إنتاج المعدن الكروي فائق الدقة.تطوير جيل جديد من تكنولوجيا ومعدات الانحلال الكهربائي للقطب الدوارة بالبلازما لذلك هناك حاجة ماسة إلى زيادة تحسين إنتاجية مساحيق المعادن الكروية فائقة الدقة ولتحقيق ذلك ستعمل التكنولوجيا والمعدات على تحسين إنتاج مساحيق المعادن الكروية فائقة الدقة وتحقيق الإنتاج المستمر لمساحيق معدنية كروية فائقة الدقة عالية الجودة مثل مثل سبائك النيكل وسبائك الكوبالت وسبائك التيتانيوم بكميات كبيرة ، وبالتالي

يمكن استخدام طريقة PREP لتحسين أداء تكلفة مساحيق المعادن وتكييفها مع مختلف. سيؤدي ذلك إلى تحسين فعالية التكلفة لطريقة PREP وتمكينها من التكيف مع أنواع مختلفة من معدات الطباعة ثلاثية الأبعاد ، مما يجعلها تستخدم على نطاق واسع في 3D الطباعة.