مسحوق التصنيع المضاف

شارك هذا المنشور

جدول المحتويات

لمحة عامة عن مسحوق التصنيع المضاف

يستخدم التصنيع الإضافي، المعروف أيضًا باسم الطباعة ثلاثية الأبعاد، مواد مختلفة في شكل مسحوق لبناء الأجزاء والمنتجات طبقة تلو الأخرى. يعتمد نوع المسحوق الذي يتم اختياره على عملية التصنيع المضافة المحددة المستخدمة، بالإضافة إلى الخصائص المرغوبة للجزء النهائي.

تتضمن بعض الأنواع الرئيسية لمساحيق التصنيع المضافة ما يلي:

  • المساحيق المعدنية - تستخدم في عمليات الانصهار القاعي للمسحوق وعمليات الترسيب بالطاقة الموجهة. وتشمل المواد الشائعة التيتانيوم والألومنيوم والصلب وسبائك النيكل والكروم الكوبالت.
  • مساحيق البوليمر - تُستخدم في عمليات دمج قاع المسحوق وعمليات نفث المواد. تشمل المواد الشائعة النايلون والبولي كربونات والبولي كربونات والبوليسترين والبولي يوريثان الملدن بالحرارة.
  • مساحيق السيراميك - تُستخدم في عمليات النفث الموثق وبثق المواد. تشمل المواد الشائعة السيليكا والألومينا والزركونيا والبورسلين.
  • المساحيق الرملية ومساحيق الصب - تُستخدم في عمليات النفث الموثق لإنشاء قوالب وقوالب للمسبوكات المعدنية. وعادةً ما تعتمد على السيليكا.
  • مساحيق متوافقة حيوياً ونشطة بيولوجياً - تُستخدم في التطبيقات الطبية. تشمل المواد الشائعة التيتانيوم والهيدروكسيباتيت وفوسفات التريكالسيوم.

يمكن لخصائص مساحيق التصنيع المضافة أن تؤثر بشكل كبير على خصائص الأجزاء المطبوعة وجودتها ودقتها وأدائها. تشمل خصائص المساحيق الرئيسية ما يلي:

تركيبة مسحوق التصنيع المضاف

يستخدم التصنيع الإضافي المواد المعدنية والبوليمرية والسيراميك والرمل ومواد المسحوق الأخرى بتركيبات محددة مصممة خصيصًا لعمليات الطباعة المختلفة.

المساحيق المعدنية

النوعالتراكيب الشائعة
سبائك التيتانيومTi-6Al-4V، Ti-6Al-4V، Ti-6Al-7Nb، Ti-Al-Fe، Ti-Al-Mn، Ti-Al-Sn
سبائك الألومنيومAlSi10Mg، AlSi12، Scalmalloy
سبائك الصلب17-4 ف، 316 ل، 304 ل، 4140
سبائك النيكلإنكونيل 625، 718؛ هاستيلوي X
الكوبالت كرومCoCrMo

مساحيق البوليمر

النوعالتراكيب الشائعة
نايلوننايلون 11، نايلون 12
ABSأكريلونيتريل بيوتاديين ستايرين
بولي كربوناتبولي كربونات ثنائي الفينول أ
البوليسترينPS، PS عالي التأثير
بولي يوريثين لدن بالحرارةTPU

مساحيق السيراميك

النوعالتراكيب الشائعة
السيليكاكوارتز مصهور، كريستوباليت
الألوميناAl2O3
زركونياZrO2, YSZ (YSZ (Yttria stabilized)
البورسلينمزيج من الزجاج والطين والفلسبار

المساحيق الرملية ومساحيق الصب

النوعالتركيبات
رمل السيليكافي الغالب SiO2، مع وجود آثار لأكاسيد فلزية وأكاسيد لا فلزية
رمل الزركونسيليكات الزركونيوم
رمل أوليفينسيليكات الحديد المغنيسيوم
رمل الكروميتأكسيد الكروم الحديد

المساحيق النشطة بيولوجيًا والمتوافقة حيويًا

النوعالتراكيب الشائعة
التيتانيوم والسبائكالتيتانيوم النقي، Ti-6Al-4V
هيدروكسيباتيتCa10(PO4)6(OH)2
فوسفات التريكالسيومCa3(PO4)2
مسحوق التصنيع المضاف
مسحوق التصنيع المضاف 3

مسحوق التصنيع المضاف الخصائص

تتضمن الخصائص الرئيسية لمساحيق التصنيع المضافة التي تؤثر على جودة الأجزاء وأداء العملية ما يلي:

الممتلكاتالوصفالأهمية
توزيع حجم الجسيماتنطاق أبعاد جسيمات المسحوق وتوزيعهايؤثر على قابلية تدفق المسحوق، وكثافة التعبئة، وتوحيد الطبقات، والدقة
الشكل والشكلنسبة أبعاد جسيمات المسحوق وعوامل شكلهاتأثيرات الانتشار، وكثافة التعبئة، وتدفق المسحوق
الكثافةنسبة الكتلة إلى الحجم للمسحوق السائبتحديد وزن الأجزاء ودقة أبعادها
قابلية التدفققدرة المسحوق على التدفق بحرية تحت الضغط المطبقحيوي لانتشار طبقات المسحوق وإعادة طلائه بشكل موحد
محتوى الرطوبةالنسبة المئوية لمحتوى الماء في المسحوقتسبب الرطوبة العالية تكتلات المسحوق وعيوب الطباعة
التركيب الكيميائيالتركيب العنصري والمراحل الموجودةتحديد الخواص الميكانيكية والبنية المجهرية وأداء الأجزاء النهائية

تطبيقات مساحيق التصنيع المضافة

تُستخدم مساحيق التصنيع المضافة لطباعة المكونات الوظيفية في الصناعات الرئيسية:

الصناعةالتطبيقاتالمواد المستخدمة
الفضاءشفرات التوربينات، ومكونات الطائرات، ومحركات الصواريخسبائك التيتانيوم، وسبائك النيكل، وسبائك الألومنيوم، وكروم الكوبالت
السياراتوضع النماذج الأولية وإنتاج قطع الغيار مثل التروس والأقواسسبائك الألومنيوم، النايلون، ABS، سبائك الألومنيوم
الطبيةأدوات تقويم الأسنان وزراعة الأسنان والأدوات الجراحيةسبائك التيتانيوم، كروم الكوبالت، الفولاذ المقاوم للصدأ
المستهلكالمجوهرات والأشياء الزخرفية وتجهيزات الإضاءةالمعادن الثمينة مثل الذهب والفضة؛ البوليمرات

مواصفات مسحوق التصنيع المضاف

تتوافق مواد المسحوق المستخدمة في عملية تصنيع مضافة محددة مع حجم وتركيب وعتبات خصائص معينة:

العمليةحجم الجسيماتدرجة السبيكةالمعايير
انصهار سرير المسحوق15-45 ميكرونTi-6Al-4V ELI وفقًا للمواصفة ASTM F3001أستم F3049، أستم F2924، أستم F2924، أستم F2971
النفث الموثق20-60 ميكرون420 أو 316 من الفولاذ المقاوم للصدأأستم F3301, MPIF 35
نفث المواد5-25 ميكرونبولي يوريثين 60-65 شور D
ترسيب الطاقة الموجهة45-150 ميكرونإنكونيل 718، الفولاذ المقاوم للصدأ 316Lأستم F3055، أستم F3302

موردو مساحيق التصنيع المضاف

توجد شبكة قوية من الموردين الذين يقدمون مجموعة واسعة من مساحيق تصنيع المواد المضافة المعدنية والبوليمرية والسيراميك والمركبات:

شركةمواد المسحوقنطاق التكلفة
تقنية LPWسبائك التيتانيوم، وسبائك الألومنيوم، والفولاذ المقاوم للصدأ، وسبائك النيكل$100-$500 لكل كيلوغرام
ساندفيك أوسبريسبائك الفولاذ المقاوم للصدأ، وسبائك النيكل، وسبائك الكوبالت$50-$250 لكل كيلوغرام
المساحيق والطلاءات المتقدمةالبوليمرات المصنوعة من النايلون، PEEK، PEKK$80-$600 لكل كيلوغرام
شركة إكس ونالفولاذ المقاوم للصدأ، فولاذ الأدوات، كربيد التنجستن، إنكونيل 625$75-$1000 لكل كيلوغرام
هوغاناسالفولاذ المقاوم للصدأ، وسبائك الحديد$30-$150 لكل كيلوغرام
كيناميتالكربيد التنجستن-الكوبالت، 17-4PH غير القابل للصدأ$100-$1200 للكيلوغرام الواحد
3DCeramسيراميك الألومينا وسيراميك الزركونيا والسيليكا$100-$250 لكل كيلوغرام

مقارنة بين مساحيق التصنيع المضافة

هناك اختلافات كبيرة بين خيارات المساحيق المختلفة فيما يتعلق بعمليات الإنتاج والتكلفة وخصائص الأجزاء والجودة:

المعلمةمسحوق البوليمرالمسحوق المعدنيمسحوق السيراميك
معدل البناءمتوسطبطيءسريع
القرارمتوسطعاليةمتوسطة إلى منخفضة
قوام الجزءمنخفضة إلى متوسطةعالية جداًمتوسطة إلى عالية
دقة الجزءمتوسطمتوسطة إلى عاليةمنخفضة إلى متوسطة
تشطيب السطحمتوسطعاليةمنخفضة إلى متوسطة
الخواص الحراريةدرجة انصهار منخفضة، موصلية منخفضةدرجة انصهار عالية، موصلية عاليةدرجة انصهار عالية، موصلية منخفضة
التكلفة لكل جزءمنخفضة إلى متوسطةعاليةمتوسط
المعالجة اللاحقةالحد الأدنىواسعة النطاقمتوسط

مزايا استخدام التصنيع الإضافي لقاعدة المسحوق المضافة

تتضمن بعض المزايا الرئيسية لاستخدام تقنية قاع المسحوق لتصنيع الأجزاء ما يلي:

  • القدرة على إنشاء أشكال هندسية معقدة وخفيفة الوزن غير ممكنة مع الصب أو التشغيل الآلي
  • الحد الأدنى من نفايات المواد الخام حيث يتم إعادة تدوير المسحوق غير المستخدم
  • لا يتطلب أدوات أو قوالب مخصصة، مما يسمح بتصميم نماذج أولية سريعة
  • تُظهر الأجزاء قوة عالية، ومتانة، ومقاومة للحرارة والتآكل مطابقة للمواد المشغولة
  • يمكن التحكم في المسامية والبنية المجهرية بسهولة
  • مواد وسبائك متعددة، حتى التركيبات المتدرجة قابلة للطباعة
  • تم تمكين الإنتاج في الوقت المحدد بأقل مدة زمنية ممكنة
مسحوق التصنيع المضاف
مسحوق التصنيع المضاف 4

حدود التصنيع المضاف إلى قاع المسحوق

بعض العيوب المرتبطة بالتصنيع المضاف إلى طبقة المسحوق التي يجب أخذها في الاعتبار:

  • ارتفاع المعدات والتكاليف التشغيلية مقارنة بالعمليات الأخرى
  • غالبًا ما تكون المعالجة اللاحقة الإضافية مثل الكبس المتساوي الحرارة ضروريًا
  • تتطلب إجراءات ومعدات مناولة المسحوق عناية خاصة
  • تشكل طباعة بعض البوليمرات المرنة والمواد الشبيهة بالمطاط تحديات في الطباعة
  • ليس مثاليًا لسيناريوهات الإنتاج بكميات كبيرة جدًا وبكميات كبيرة جدًا
  • قد تتطلب قيود الحجم التي تفرضها أبعاد غرفة الإنشاء إعادة تصميم الأجزاء الكبيرة

التعليمات

س: ما هو المسحوق المعدني الأكثر استخدامًا في التصنيع المضاف؟

ج: تُعد سبائك التيتانيوم مثل Ti-6Al-4V واحدة من أكثر المساحيق المعدنية شيوعًا، نظرًا لقوتها العالية بالنسبة إلى الوزن وتوافقها الحيوي. كما يشيع استخدام سبائك الألومنيوم والفولاذ المقاوم للصدأ والكروم الكوبالت وسبائك النيكل الفائقة.

س: ما مدى نقاوة المساحيق المستخدمة في عمليات التصنيع الإضافي؟

ج: نطاق الحجم النموذجي هو 10-100 ميكرون، على الرغم من أن بعض العمليات يمكن أن تستخدم مساحيق نانو متناهية الصغر من 1 إلى 10 ميكرون. تؤدي المساحيق الدقيقة التي يقل حجمها عن 20 ميكرون إلى دقة ودقة أفضل.

سؤال: ما الذي يؤثر على أسعار مساحيق التصنيع المضافة؟

ج: تكاليف المواد الخام، والتركيب، ونوع السبيكة، وخصائص الجسيمات مثل توزيع الحجم، وقابلية التدفق والتشكل، ومستويات النقاء، وحجم الشراء هي التي تحدد الأسعار. السبائك المعقدة أكثر تكلفة من السبائك الأبسط.

س: هل شكل جزيئات المسحوق مهم في التصنيع المضاف؟

ج: نعم، المساحيق الكروية ذات التدفق الجيد وكثافة العبوة وقابلية الانتشار تعمل بشكل أفضل بكثير مقارنة بالمساحيق غير المنتظمة أو ذات الزوايا العالية أثناء الطباعة. يؤثر شكل الجسيمات على الكثافة وتجانس الطبقات وصقل السطح.

س: هل يمكن استخدام أي مساحيق جاهزة في عمليات التصنيع الإضافي؟

ج: ليس دائمًا - تتطلب معظم العمليات مساحيق مخصصة بتركيبات وأحجام وأشكال مصممة خصيصًا لتطبيقات الطباعة ثلاثية الأبعاد لضمان التدفق والاندماج المثاليين. يوصى فقط بالمصنعين الراسخين الذين يتمتعون برقابة صارمة على الجودة.

س: كيف يتم إعادة استخدام المسحوق المعدني غير المستخدم أو إعادة تدويره في التصنيع المضاف؟

ج: بعد الطباعة، يتم ترشيح المسحوق غير الملبد لإزالة التكتلات الكبيرة ثم يتم مزجه بكميات صغيرة من المسحوق الطازج للحفاظ على قابليته للتدفق والكثافة والتركيب في حدود ضيقة. تقلل عملية إعادة تدوير المسحوق هذه من التكاليف والنفايات بشكل كبير.

س: ما الذي يسبب مشاكل تفريغ الطبقات في الطباعة ثلاثية الأبعاد لطبقة المسحوق؟

ج: ينتج الترابط غير الكافي بين الطبقات عن التسخين المسبق غير السليم، أو التوزيع غير المتكافئ للمسحوق، أو عدم كفاية مدخلات الطاقة، أو التدرجات الحرارية غير المواتية أو ضعف كثافة تعبئة الجسيمات من بين الأسباب الشائعة. يعد تحسين معلمات العملية أمرًا حيويًا.

س: هل مساحيق المعادن المضافة في التصنيع المضاف إليها مخاطر قابلة للاشتعال؟

العديد من مساحيق العناصر والسبائك التفاعلية سريعة الاشتعال عند تقسيمها بشكل دقيق. تعتبر التهوية المناسبة، والتأريض الكهربائي للمعدات، وأنظمة العادم المتخصصة، والكشف عن الشرر وإخماد الحرائق من تدابير السلامة الأساسية. يحتاج تخزين المساحيق ومناولتها أيضًا إلى احتياطات خاصة.

معرفة المزيد من عمليات الطباعة ثلاثية الأبعاد

اشترك في نشرتنا الإخبارية

احصل على التحديثات وتعلم من الأفضل

المزيد للاستكشاف

انتقل إلى أعلى