مسحوق لتقنية PBF

لقد اجتاح التصنيع الإضافي العالم بأسره، ويعد مسحوق تقنية PBF لاعبًا مهمًا في هذه الثورة. تتعمق هذه المقالة في عالم المساحيق المعدنية المستخدمة في تقنية PBF، وتستكشف أنواعها وتركيباتها وخصائصها وتطبيقاتها وغير ذلك. سواءً كنت محترفًا متمرسًا أو مبتدئًا فضوليًا، سيوفر لك هذا الدليل الشامل رؤى قيمة ومعرفة عملية.

لمحة عامة عن مسحوق لتقنية PBF

دمج قاع المسحوق (PBF) هو فئة من فئات التصنيع المضاف التي تشمل تقنيات مختلفة مثل الذوبان الانتقائي بالليزر (SLM) والذوبان بالحزمة الإلكترونية (EBM). يتضمن PBF دمج طبقات من المواد المسحوقة لإنشاء أجزاء معقدة ودقيقة. يعد اختيار المسحوق المعدني أمرًا بالغ الأهمية لأنه يؤثر بشكل مباشر على جودة المنتج النهائي وقوته وأدائه.

أنواع المسحوق لتقنية PBF

لفهم مشهد المساحيق المعدنية المستخدمة في PBF بشكل أفضل، دعونا نتعمق في نماذج محددة وأوصافها التفصيلية.

المسحوق المعدني	التركيب	الخصائص	التطبيقات
Ti-6Al-4V	سبائك التيتانيوم (90% Ti، 6% Al، 4% V)	قوة عالية، ووزن منخفض، ومقاومة للتآكل	الفضاء، والغرسات الطبية، والسيارات
فولاذ مقاوم للصدأ 316L	سبائك الحديد (16-18% Cr، 10-14% Ni، 2-3% Mo)	مقاومة للتآكل، وخصائص ميكانيكية جيدة	الأجهزة الطبية ومعدات تجهيز الأغذية
AlSi10 ملغ	سبائك الألومنيوم (90% Al، 10% Si، 0.3-0.5% Mg)	خفة الوزن وخصائص حرارية جيدة	السيارات، والفضاء، والسلع الاستهلاكية
انكونيل 718	سبائك النيكل (50-55% Ni، 17-21% Cr، 4.75-5.5% Nb)	مقاومة درجات الحرارة العالية، قابلية لحام جيدة	الفضاء، والطاقة، والسيارات
فولاذ مغلف 1.2709	سبيكة حديد (18% Ni، 9% Co، 5% Mo، 0.2% Ti)	قوة وصلابة ومتانة عالية	الأدوات، والفضاء، والسيارات
CoCrMo	سبائك الكوبالت (60% Co، 27-30% Cr، 5-7% Mo)	مقاوم للاهتراء ومتوافق حيوياً	الغرسات الطبية وتطبيقات طب الأسنان
النحاس C18150	سبائك النحاس (99.85% Cu، 0.15% Zr)	موصلية حرارية وكهربائية عالية	المكونات الكهربائية، والإدارة الحرارية
AlSi12	سبائك الألومنيوم (87-89% Al، 10-12% Si)	نسبة قوة إلى وزن عالية، وخصائص صب جيدة	السيارات والفضاء والطيران
هاستيلوي إكس	سبائك النيكل (47-50% Ni، 20-23% Cr، 8-10% Mo)	مقاومة للأكسدة والتآكل في درجات الحرارة العالية	الفضاء، المعالجة الكيميائية
فولاذ الأدوات H13	سبيكة الحديد (0.41 تيرابايت 3 تيرابايت C، 51 تيرابايت 3 تيرابايت Cr، 1.31 تيرابايت 3 تيرابايت Mo، 11 تيرابايت 3 تيرابايت V)	مقاومة عالية للتآكل، ثبات حراري	الأدوات والقوالب والقوالب والقوالب

تكوين مسحوق لتقنية PBF

يعد فهم تركيبة هذه المساحيق المعدنية أمرًا ضروريًا لاختيار المادة المناسبة لمشروعك. ويضفي المزيج الفريد لكل مسحوق من العناصر خصائص محددة تجعله مناسبًا لتطبيقات مختلفة.

المسحوق المعدني	العناصر الرئيسية	العناصر الثانوية	الشوائب
Ti-6Al-4V	التيتانيوم، والألومنيوم، والفاناديوم	الحديد، الأكسجين	الكربون، النيتروجين
فولاذ مقاوم للصدأ 316L	الحديد والكروم والنيكل والنيكل	الموليبدينوم والمنغنيز والسيليكون	الفوسفور، الكبريت
AlSi10 ملغ	الألومنيوم والسيليكون والمغنيسيوم	حديد، نحاس	التيتانيوم، الزنك
انكونيل 718	النيكل، الكروم، النيوبيوم، النيوبيوم	الموليبدينوم، والتيتانيوم، والألومنيوم	الكربون، الكوبالت
فولاذ مغلف 1.2709	الحديد، والنيكل، والنيكل، والكوبالت، والموليبدينوم	تيتانيوم، ألومنيوم، ألومنيوم	الكربون، السيليكون
CoCrMo	الكوبالت، والكروم، والموليبدينوم	نيكل، حديد	المنجنيز، السيليكون
النحاس C18150	النحاس، الزركونيوم	–	حديد، رصاص
AlSi12	ألومنيوم، سيليكون	حديد، نحاس	المنجنيز، الزنك
هاستيلوي إكس	النيكل والكروم والموليبدينوم والموليبدينوم	حديد، كوبالت	المنجنيز، السيليكون
فولاذ الأدوات H13	الحديد، الكروم، الموليبدينوم، الموليبدينوم، الفاناديوم	الكربون، السيليكون، المنجنيز	الفوسفور، الكبريت

خصائص مسحوق لتقنية PBF

ويتميز كل نوع من أنواع المسحوق المعدني المستخدم في PBF بخصائص مميزة تجعله مناسبًا لتطبيقات محددة. نستكشف هنا هذه الخصائص بالتفصيل.

المسحوق المعدني	الكثافة (جم/سم مكعب)	درجة الانصهار (درجة مئوية)	قوة الشد (ميجا باسكال)	الاستطالة (%)	الصلابة (HV)
Ti-6Al-4V	4.43	1660	900-1100	10-15	330
فولاذ مقاوم للصدأ 316L	7.99	1375-1400	480-620	30-40	200
AlSi10 ملغ	2.68	570-580	300-350	5-10	120
انكونيل 718	8.19	1260-1336	965-1241	10-20	330
فولاذ مغلف 1.2709	8.0	1413	2000-2500	5-10	500
CoCrMo	8.29	1330-1390	900-1300	10-20	500
النحاس C18150	8.96	1083	350-410	20-30	110
AlSi12	2.68	570-580	200-300	5-10	80
هاستيلوي إكس	8.22	1260-1350	700-1000	30-40	200
فولاذ الأدوات H13	7.80	1425-1530	1000-1200	10-15	600

تطبيقات المسحوق لتقنية PBF

المساحيق المعدنية لمساحيق PBF لها تطبيقات متنوعة في مختلف الصناعات. وفيما يلي نظرة فاحصة على المجالات التي يتفوق فيها كل نوع من أنواع المساحيق.

المسحوق المعدني	الصناعة	تطبيقات محددة
Ti-6Al-4V	الفضاء والطب والفضاء	مكونات الطائرات، والغرسات
فولاذ مقاوم للصدأ 316L	طبي، غذائي	الأدوات الجراحية، ومعدات تجهيز الأغذية
AlSi10 ملغ	السيارات، والفضاء، والفضاء	أجزاء خفيفة الوزن ونماذج أولية
انكونيل 718	الفضاء، الطاقة والفضاء	شفرات التوربينات، محركات الصواريخ
فولاذ مغلف 1.2709	الأدوات، الفضاء الجوي	أدوات عالية القوة والمكونات الهيكلية
CoCrMo	الطبية، طب الأسنان	بدائل المفاصل والأطراف الصناعية للأسنان
النحاس C18150	الكهربائية، الحرارية	الموصلات الكهربائية، والمبادلات الحرارية
AlSi12	السيارات، والفضاء، والفضاء	مكونات المحرك، الأقواس
هاستيلوي إكس	صناعة الطيران والفضاء والكيماويات	غرف الاحتراق، المفاعلات الكيميائية
فولاذ الأدوات H13	الأدوات، والقولبة	قوالب الحقن، قوالب الصب بالقالب

درجات مسحوق لتقنية PBF

تضمن الدرجات المختلفة للمساحيق المعدنية اختيار المادة المناسبة لتطبيقات محددة. فيما يلي بعض الدرجات المتاحة للمساحيق شائعة الاستخدام.

المسحوق المعدني	درجات	الوصف
Ti-6Al-4V	الصف 5، الصف 23	الإصدارات البينية القياسية والمنخفضة للغاية
فولاذ مقاوم للصدأ 316L	316L، 316LVM	إصدارات منخفضة الكربون والمذابة بالتفريغ
AlSi10 ملغ	قياسي	الدرجة الشائعة الاستخدام
انكونيل 718	أم أس 5662، أم أس 5663	درجات الفضاء الجوي ودرجات الحرارة العالية
فولاذ مغلف 1.2709	قياسي	الدرجة الشائعة الاستخدام
CoCrMo	F75، F1537	درجات الغرسات الطبية
النحاس C18150	قياسي	الدرجة الشائعة الاستخدام
AlSi12	قياسي	الدرجة الشائعة الاستخدام
هاستيلوي إكس	AMS 5754، UNS N06002	درجات الحرارة المرتفعة والدرجات المقاومة للتآكل
فولاذ الأدوات H13	قياسي، H13 ESR قياسي، H13 ESR	الإصدارات المكررة الشائعة والخبث الكهربائي المكرر

المواصفات والمقاسات والمعايير

يأتي كل نوع من أنواع المسحوق المعدني بمعايير وأحجام محددة لتلبية متطلبات الصناعة.

المسحوق المعدني	حجم الجسيمات (ميكرومتر)	المعايير	المورد	السعر (بالكيلوغرام)
Ti-6Al-4V	15-45	أستم B348، أستم F2924، أستم F2924	EOS، أركام، أركام، AP&C	$300 – $500
فولاذ مقاوم للصدأ 316L	15-45	أستم A276، أستم f138	شركة GKN، ساندفيك، كاربنتر	$100 – $150
AlSi10 ملغ	20-63	دين إن 1706، أستم B361	حلول SLM، EOS	$80 – $120
انكونيل 718	15-45	أم أس 5662، أم أس 5663	براكسير، ساندفيك، LPW، براكسير، ساندفيك، LPW	$150 – $250
فولاذ مغلف 1.2709	15-45	AMS 6512	نجار، ساندفيك	$200 – $300
CoCrMo	20-63	أستم f75، أستم F1537، أستم F1537	نجار، EOS	$200 – $400
النحاس C18150	15-45	أستم B124، أستم B152	ساندفيك، نجار	$50 – $100
AlSi12	20-63	DIN EN 1706	حلول EOS، SLM Solutions	$70 – $110
هاستيلوي إكس	15-45	AMS 5754، UNS N06002	براكسير، ساندفيك	$200 – $300
فولاذ الأدوات H13	20-63	ASTM A681	نجار، ساندفيك	$100 – $200

إيجابيات وسلبيات المسحوق لتقنية PBF

عند اختيار المسحوق المعدني المناسب، من الضروري الموازنة بين مزايا وعيوب كل خيار.

المسحوق المعدني	الإيجابيات	السلبيات
Ti-6Al-4V	نسبة عالية من القوة إلى الوزن ومقاومة للتآكل	باهظة الثمن وصعبة المعالجة
فولاذ مقاوم للصدأ 316L	مقاومة ممتازة للتآكل، متوافقة حيوياً	قوة أقل مقارنة ببعض السبائك
AlSi10 ملغ	خفيف الوزن وموصلية حرارية جيدة	انخفاض القوة والصلابة
انكونيل 718	مقاومة درجات الحرارة العالية وقابلية اللحام الجيدة	باهظة الثمن وصعبة التشغيل الآلي
فولاذ مغلف 1.2709	قوة عالية للغاية وقابلية جيدة للتشغيل الآلي	باهظة الثمن، تتطلب معالجة حرارية
CoCrMo	مقاومة عالية للتآكل، متوافقة حيوياً	باهظة الثمن وصعبة المعالجة
النحاس C18150	توصيل حراري وكهربائي ممتاز	ناعم، عرضة للاهتراء
AlSi12	خصائص صب جيدة، خفيفة الوزن	انخفاض القوة والصلابة
هاستيلوي إكس	مقاومة ممتازة للأكسدة والتآكل	باهظة الثمن وصعبة التشغيل الآلي
فولاذ الأدوات H13	مقاومة عالية للتآكل، ثبات حراري	باهظة الثمن، تتطلب معالجة حرارية

اختيار المسحوق المناسب لـ PBF

يتضمن اختيار المسحوق المناسب النظر في عدة عوامل بما في ذلك خصائص المواد ومتطلبات الاستخدام والتكلفة. إليك مقارنة لمساعدتك في اتخاذ القرار.

العامل	Ti-6Al-4V	فولاذ مقاوم للصدأ 316L	AlSi10 ملغ	انكونيل 718	فولاذ مغلف 1.2709	CoCrMo	النحاس C18150	AlSi12	هاستيلوي إكس	فولاذ الأدوات H13
القوة	عالية	متوسط	متوسط	عالية	عالية جداً	عالية	متوسط	متوسط	عالية	عالية
الوزن	منخفضة	متوسط	منخفضة	متوسط	متوسط	عالية	عالية	منخفضة	عالية	متوسط
مقاومة التآكل	عالية	عالية جداً	متوسط	عالية	متوسط	عالية جداً	منخفضة	متوسط	عالية جداً	متوسط
التوصيل الحراري	متوسط	منخفضة	عالية	متوسط	منخفضة	منخفضة	عالية جداً	عالية	متوسط	منخفضة
التكلفة	عالية	متوسط	منخفضة	عالية	عالية	عالية	منخفضة	منخفضة	عالية	متوسط

أسئلة وأجوبة

سؤال	الإجابة
ما هو PBF في التصنيع المضاف؟	PBF (انصهار قاع المسحوق) هو نوع من التصنيع الإضافي حيث يقوم مصدر حراري، مثل الليزر أو شعاع الإلكترون، بدمج طبقة مسحوق المواد المسحوقة طبقة تلو الأخرى لإنشاء جسم ثلاثي الأبعاد.
ما هي الأنواع الرئيسية لـ PBF؟	والأنواع الرئيسية للصهر الانتقائي بالليزر الانتقائي (SLM) والصهر بالشعاع الإلكتروني (EBM). ويستخدم الصهر الانتقائي بالليزر كمصدر للحرارة، بينما يستخدم الصهر بالحزمة الإلكترونية شعاع الإلكترون.
ما أهمية اختيار المسحوق؟	ويؤثر اختيار المسحوق على الخواص الميكانيكية وتشطيب السطح والجودة الشاملة للجزء المطبوع. تقدم المساحيق المختلفة مستويات متفاوتة من القوة والتوصيل الحراري ومقاومة التآكل وغيرها من الخصائص التي تعتبر حاسمة لتطبيقات محددة.
كيف يتم التحكم في جودة المسحوق؟	يتم التحكم في جودة المسحوق من خلال مقاييس مختلفة مثل توزيع حجم الجسيمات والتركيب الكيميائي والنقاء. يستخدم المصنعون معايير مثل ASTM وISO لضمان الاتساق والموثوقية في مساحيقهم.
هل يمكن خلط مساحيق مختلفة؟	وبوجه عام، لا يوصى بخلط مساحيق مختلفة حيث يمكن أن يؤدي ذلك إلى خصائص غير متناسقة وجودة رديئة للقطع. ومع ذلك، في بعض الأبحاث والإعدادات التجريبية، يمكن استخدام خلطات مصممة خصيصًا لتحقيق خصائص محددة.
ما هي التحديات الشائعة مع PBF؟	تشمل التحديات الشائعة إعادة تدوير المسحوق، والتحكم في المسامية، وتحقيق ترابط الطبقات المتناسق، وإدارة الضغوط المتبقية. تعتبر التقنيات المتقدمة والتحكم الدقيق في العملية ضرورية للتغلب على هذه التحديات.
كيف يتم إعادة تدوير المسحوق في PBF؟	يمكن تجميع المسحوق غير المستخدم وإعادة استخدامه في عمليات الإنشاء اللاحقة، ولكن يجب غربلته واختباره بعناية للتأكد من أنه يفي بمعايير الجودة. قد يتحلل المسحوق المعاد تدويره بمرور الوقت، مما يتطلب خلط مسحوق جديد للحفاظ على الجودة.
ما هي الآثار البيئية؟	يمكن أن تكون تقنيات PBF أكثر استدامة من طرق التصنيع التقليدية بسبب انخفاض نفايات المواد والقدرة على إعادة تدوير المسحوق. ومع ذلك، يمكن أن يكون لاستهلاك الطاقة للماكينات والحاجة إلى بيئات الغاز الخامل (في بعض الحالات) آثار بيئية يجب إدارتها.
ما هي الصناعات التي تستفيد أكثر من غيرها من صندوق بناء السلام؟	تستفيد الصناعات الفضائية والطبية وصناعة السيارات بشكل كبير من تقنية PBF نظرًا لقدرتها على إنتاج أجزاء معقدة وعالية القوة وخفيفة الوزن يصعب أو يستحيل صنعها باستخدام طرق التصنيع التقليدية.
كيف أختار المسحوق المناسب لمشروعي؟	ضع في اعتبارك المتطلبات المحددة لاستخدامك، مثل الخواص الميكانيكية والتوصيل الحراري ومقاومة التآكل والتكلفة. راجع أوراق بيانات المواد واستشر موردي المساحيق أو الخبراء لاتخاذ قرار مستنير.

خاتمة

قد يكون الإبحار في عالم المساحيق المعدنية لتقنية PBF أمرًا معقدًا، ولكن فهم أنواع هذه المساحيق وتركيباتها وخصائصها وتطبيقاتها أمر بالغ الأهمية. من خلال الموازنة بين الإيجابيات والسلبيات والنظر في الاحتياجات المحددة لمشروعك، يمكنك اتخاذ قرار مستنير يضمن نجاح مساعي التصنيع المضاف. إن مستقبل التصنيع مشرق بلا شك مع التقدم المستمر في تقنية PBF وتطوير المساحيق المعدنية.

معرفة المزيد من عمليات الطباعة ثلاثية الأبعاد