باعتباره المستهلك الرئيسي ل طباعة معدنية ثلاثية الأبعاد، مسحوق المعدن له تأثير حاسم على جودة المنتجات المطبوعة. تتطلب الطباعة ثلاثية الأبعاد لأجزاء دقيقة ومعقدة في مجالات الطيران والدفاع والطب متطلبات عالية لخصائص المسحوق مثل حجم الجسيمات والتشكل والنقاء. يقدم هذا البحث المتطلبات الأساسية وعمليات صنع المساحيق الرئيسية للعديد من السبائك عالية الجودة والقائمة على النيكل والكوبالت المستخدمة بشكل شائع. مساحيق معدن سبائك التيتانيوم للطباعة ثلاثية الأبعاد في مجال الطيران.

إدخال مساحيق معدنية للطباعة ثلاثية الأبعاد للفضاء

على عكس تكنولوجيا تصنيع المواد المعدنية التقليدية مع المعدات الضخمة ، والعمليات الطويلة ، والاستهلاك العالي للطاقة ، والتلوث ، وانخفاض استخدام المواد ، فإن الطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاد لها المزايا التالية: (1) الاستخدام الشامل للمواد ؛ (2) لا حاجة لفتح القوالب ، وعمليات تصنيع قليلة وأوقات دورات قصيرة ؛ (3) يمكن تصنيع الأجزاء ذات الهياكل المعقدة ؛ (4) تصميم مجاني وفقًا لمتطلبات الخصائص الميكانيكية ، دون مراعاة عمليات التصنيع. في السنوات الأخيرة ، تم تطوير الطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاد على قدم وساق.

تُستخدم الطباعة ثلاثية الأبعاد للمعادن بشكل أساسي لتوفير إنتاج سريع لنماذج التصميم الصناعي ومعالجة 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 التشكيل بالليزر القريب من الشبكة (LENS) للتحول السريع مباشرة من نموذج رقمي محوسب إلى جزء صلب. تحتاج الأجزاء المعدنية المطبوعة ثلاثية الأبعاد عالية الجودة لتطبيقات الفضاء والدفاع والطب والسيارات والإلكترونيات إلى قوة عالية ودقة أبعاد وضيق للمياه وخفة الوزن. بالإضافة إلى معدات الطباعة ، فإن جودة المسحوق المعدني ، بما في ذلك كروية المسحوق والنظافة ، وتوزيع حجم الجسيمات ، ومحتوى الأكسجين ، وقابلية التدفق ، والكثافة الظاهرية ، لها أيضًا تأثير كبير على مراقبة جودة عملية الطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاد. تركز هذه الورقة على متطلبات مساحيق المعادن للأجزاء المطبوعة ثلاثية الأبعاد عالية الجودة لتطبيقات الطيران و

تركز هذه الورقة على متطلبات الأجزاء المطبوعة ثلاثية الأبعاد عالية الجودة لتطبيقات الطيران وعملية تحضير المسحوق.

متطلبات مسحوق المعادن للطباعة ثلاثية الأبعاد عالية الجودة

مسحوق المعدن هو 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 لشكل المسحوق وحجمه ونقاوته. الأنواع الرئيسية لمعدات الطباعة ثلاثية الأبعاد هي نثر المسحوق وتغذية المسحوق المحورية وتغذية المسحوق الجانبية ، اعتمادًا على طريقة تجديد المسحوق. الجزء النهائي للطباعة ثلاثية الأبعاد للمسحوق الجانبي

دقة الشكل والأبعاد للجزء الأخير منخفضة ، ولا يمكن استخدام طاقة الليزر بالكامل ومعدل استخدام الطاقة منخفض. لذلك ، فإن معدات الطباعة ثلاثية الأبعاد المعدنية عالية الجودة تستخدم بشكل أساسي نوعين من طرق تجديد المسحوق ، وهما نشر المسحوق أو التغذية بالمسحوق المحوري.

العديد من المؤشرات المهمة للمساحيق المعدنية المطبوعة ثلاثية الأبعاد للفضاء

نقاء. يمكن أن تقلل الإضافات الخزفية بشكل كبير من أداء الجزء الأخير ، وهذه الشوائب بشكل عام لها نقطة انصهار عالية ويصعب تلبيدها ، لذلك يلزم وجود مسحوق خالٍ 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 مجال الطيران والتطبيقات الخاصة الأخرى ، تكون متطلبات العميل لهذا المؤشر أكثر صرامة ، مثل محتوى أكسجين مسحوق سبائك عالي الحرارة من 0.006% إلى 0.018% ، ومحتوى أكسجين مسحوق سبائك التيتانيوم من 0.007% إلى 0.013% ، ومحتوى أكسجين مسحوق الفولاذ المقاوم للصدأ من 0.010% إلى 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 في الغلاف الجوي بشكل صارم أثناء تحضير المسحوق.

توزيع حجم حبيبات المسحوق. تتطلب عمليات التشكيل وعمليات الطباعة ثلاثية الأبعاد المختلفة توزيعات مختلفة لحجم جزيئات المسحوق. في الوقت الحاضر ، يتراوح حجم جسيمات المسحوق المستخدمة بشكل شائع في الطباعة ثلاثية الأبعاد المعدنية 15 ~ 53 ميكرومتر (مسحوق ناعم) ، 53 ~ 105 ميكرومتر (مسحوق خشن) ، يمكن استرخاء بعض المناسبات إلى 105 ~ 150 ميكرومتر (مسحوق خشن). تعتمد الطباعة ثلاثية الأبعاد مع اختيار حجم جزيئات المسحوق المعدني بشكل أساسي على مصادر الطاقة المختلفة لقسم الطابعة المعدنية ، إلى الليزر كمصدر للطاقة للطابعة ، نظرًا لتركيزها بشكل جيد ، يسهل إذابة المسحوق الناعم. الطابعة التي تعمل بالليزر كمصدر للطاقة مناسبة لاستخدام مسحوق 15-53 ميكرومتر كمواد مستهلكة ، وطريقة تجديد المسحوق هي وضع مسحوق طبقة بطبقة ؛ الطابعة مع شعاع الإلكترون كمصدر للطاقة مناسبة لاستخدام مسحوق خشن 53-105 ميكرومتر كمسحوق رئيسي لأن البقعة المركزة أكثر خشونة قليلاً وأكثر ملاءمة لصهر المسحوق الخشن ؛ بالنسبة للطابعة نوع تغذية المسحوق المحوري ، يمكن استخدام مسحوق 105-150 ميكرومتر كمواد مستهلكة.

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 أن يكون كرويًا ؛ من الحالة الصلبة إلى مسحوق ، تكون جزيئات المسحوق في الغالب غير منتظمة الشكل ؛ وبواسطة طريقة التحليل الكهربائي للمحلول المائي للمسحوق ، يكون التحضير شجيريًا في الغالب. بشكل عام ، كلما زادت الكروية ، كانت سيولة جزيئات المسحوق أفضل. تتطلب الطباعة ثلاثية الأبعاد للمسحوق المعدني عدم كروية تبلغ 98% أو أكثر بحيث يكون من السهل نشر وتغذية المسحوق عند الطباعة.

سيولة المسحوق وكثافة التعبئة السائبة. تؤثر سيولة المسحوق بشكل مباشر على توحيد وضع المسحوق واستقرار عملية تغذية المسحوق أثناء الطباعة. السيولة مرتبطة 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 ، كانت قابلية التدفق أفضل. تظل كثافة الجزيئات كما هي ، لكن الكثافة النسبية تزداد وسيولة المسحوق تزداد. سيؤدي امتصاص سطح الجسيمات للماء والغاز وما إلى ذلك إلى تقليل حركة المسحوق. كثافة التعبئة السائبة هي عينة المسحوق المملوءة بشكل طبيعي بالحاوية المحددة ، كتلة المسحوق لكل وحدة حجم. بشكل عام ، كلما كان حجم المسحوق خشنًا ، زادت الكثافة الظاهرية ، وكلما كان المسحوق أكثر خشونة ونعومة ، زادت الكثافة الظاهرية. إن تأثير الكثافة الظاهرية على كثافة منتج الطباعة المعدنية النهائي ليس حاسمًا ، ولكن زيادة الكثافة الظاهرية تعمل على تحسين تدفق المسحوق.

تعد تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد مناسبة لمجموعة متنوعة من المواد ، ومجموعة واسعة من التطبيقات ، ومعدل تكوين المواد العالي ، وهو تطور سريع لتكنولوجيا تصنيع المواد الناشئة في السنوات الأخيرة. تحظى الطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاد ، باعتبارها جزءًا مهمًا من الطباعة ثلاثية الأبعاد ، بتقدير ودراسة عالية من قبل الجامعات ومعاهد البحوث والمؤسسات ذات الصلة. مسحوق المعادن هو عنصر هام للاستهلاك للطباعة ثلاثية الأبعاد للمعادن وقد تم تطبيقه بنجاح في مجال الطيران.