صهر الحزمة الإلكترونية(الطب المبني على البراهين)
الصهر الانتقائي باستخدام حزمة الإلكترون (EBSM) مبدأ
على غرار التلبيد الانتقائي بالليزر والصهر الانتقائي بالليزرتُعد تقنية الصهر الانتقائي بشعاع الإلكترون (EBSM) تقنية تصنيع سريعة تستخدم حزم الإلكترون عالية الطاقة وعالية السرعة لقصف مسحوق المعدن بشكل انتقائي، وبالتالي صهر وتشكيل المواد المسحوقة.
عملية إدارة الأعمال الإلكترونية تتلخص التقنية فيما يلي: أولًا، يتم نشر طبقة من المسحوق على سطح النشر؛ ثم، تحت تحكم الحاسوب، يتم صهر شعاع الإلكترون بشكل انتقائي وفقًا لمعلومات المقطع العرضي، حيث ينصهر مسحوق المعدن ويلتصق بالجزء المُشكّل أسفله، ويتراكم طبقة تلو الأخرى حتى ينصهر الجزء بالكامل؛ وأخيرًا، يُزال المسحوق الزائد للحصول على المنتج ثلاثي الأبعاد المطلوب. تُنقل إشارة المسح في الوقت الفعلي من الحاسوب الرئيسي إلى جهاز الانحراف بعد تحويلها من رقمية إلى تناظرية وتضخيم الطاقة، ويتم انحراف شعاع الإلكترون بفعل المجال المغناطيسي الناتج عن جهد الانحراف المناسب لتحقيق الصهر الانتقائي. بعد أكثر من عشر سنوات من البحث، تبيّن أن بعض معايير العملية، مثل تيار شعاع الإلكترون، وتيار التركيز، وزمن التشغيل، وسُمك المسحوق، وجهد التسريع، ونمط المسح، تُجرى في تجارب متعامدة. ويُعدّ زمن التشغيل العامل الأكثر تأثيرًا على عملية التشكيل.
المزايامن EBSM
تستخدم تقنية التشكيل المباشر للمعادن بشعاع الإلكترون حزمًا إلكترونية عالية الطاقة كمصدر للحرارة. ويمكن إجراء عملية التشكيل بالمسح الضوئي دون قصور ذاتي ميكانيكي عن طريق التحكم في ملف الانحراف المغناطيسي، كما أن بيئة الفراغ المحيطة بشعاع الإلكترون تمنع أكسدة مسحوق المعدن أثناء التلبيد أو الانصهار في الطور السائل. وبالمقارنة مع الليزر، يتميز شعاع الإلكترون بمعدل استخدام طاقة عالٍ، وعمق تأثير كبير، ومعدل امتصاص مواد عالٍ، واستقرار، وانخفاض تكاليف التشغيل والصيانة. وتشمل مزايا تقنية EBM كفاءة تشكيل عالية، وتشوهًا منخفضًا للأجزاء، وعدم الحاجة إلى دعامات معدنية أثناء عملية التشكيل، وبنية مجهرية أكثر كثافة، وغيرها. كما أن التحكم في انحراف شعاع الإلكترون وتركيزه أسرع وأكثر حساسية. أما انحراف الليزر فيتطلب استخدام مرآة مهتزة، وتكون سرعة دوران هذه المرآة فائقة السرعة عند مسح الليزر بسرعات عالية. وعند زيادة طاقة الليزر، يتطلب الجلفانومتر نظام تبريد أكثر تعقيدًا، ويزداد وزنه بشكل ملحوظ. نتيجةً لذلك، عند استخدام مسح ضوئي عالي الطاقة، ستكون سرعة مسح الليزر محدودة. كما يصعب تغيير البعد البؤري لليزر عند مسح نطاق تشكيل واسع. يتم توجيه شعاع الإلكترون وتركيزه بواسطة مجال مغناطيسي. ويمكن التحكم في طول توجيه شعاع الإلكترون وتركيزه بسرعة ودقة عن طريق تغيير شدة الإشارة الكهربائية واتجاهها. ولن يتأثر نظام توجيه شعاع الإلكترون وتركيزه بتبخر المعدن. عند صهر المعدن باستخدام الليزر وشعاع الإلكترون، سينتشر بخار المعدن في جميع أنحاء حيز التشكيل ويغطي سطح أي جسم ملامس لطبقة معدنية. يتم توجيه شعاع الإلكترون وتركيزه بالكامل في مجال مغناطيسي، لذا لن يتأثر بتبخر المعدن؛ بينما تتلوث الأجهزة البصرية، مثل مقاييس الغلفانومتر الليزرية، بسهولة بالتبخر.
ليزر ميتال الترسيب(LMD)
طُرحت تقنية الترسيب المعدني بالليزر (LMD) لأول مرة من قِبل مختبر سانديا الوطني في الولايات المتحدة الأمريكية في تسعينيات القرن الماضي، ثم تطورت تباعًا في أنحاء كثيرة من العالم. ونظرًا لأن العديد من الجامعات والمؤسسات تُجري أبحاثًا مستقلة حول هذه التقنية، فقد تعددت مسمياتها، مع اختلاف هذه المسميات، إلا أن مبادئها الأساسية متشابهة. خلال عملية التشكيل، يُجمع المسحوق على سطح العمل عبر الفوهة، ويُوجّه شعاع الليزر أيضًا إلى هذه النقطة، فتتطابق نقاط تأثير المسحوق والضوء، ويتم الحصول على طبقة التكسية المتراصة بتحريكها عبر سطح العمل أو الفوهة.
تقنية العدسات تستخدم هذه التقنية ليزرات بقدرة كيلوواط. ونظرًا لكبر حجم بقعة تركيز الليزر، التي تتجاوز عادةً 1 مم، فإنه على الرغم من إمكانية الحصول على هياكل معدنية كثيفة مترابطة معدنيًا، إلا أن دقة أبعادها وجودة سطحها ليست جيدة جدًا، وتتطلب مزيدًا من المعالجة قبل الاستخدام. يُعدّ التكسية بالليزر عملية معقدة من الناحية الفيزيائية والكيميائية، وتؤثر معايير هذه العملية بشكل كبير على جودة الأجزاء المكسوة. تشمل معايير عملية التكسية بالليزر بشكل أساسي قدرة الليزر، وقطر البقعة، ومقدار عدم التركيز، وسرعة تغذية المسحوق، وسرعة المسح، ودرجة حرارة حوض الانصهار، وغيرها، والتي تؤثر بدورها بشكل كبير على معدل التخفيف، والتشققات، وخشونة السطح، وكثافة الأجزاء المكسوة. في الوقت نفسه، يؤثر كل معيار على الآخر، مما يجعل العملية معقدة للغاية. لذا، يجب اعتماد أساليب تحكم مناسبة للتحكم في مختلف العوامل المؤثرة ضمن النطاق المسموح به لعملية التكسية.
مباشرليزر معدني Sبينعمل(DMLS)
توجد عادةً طريقتان لـSLSلتصنيع الأجزاء المعدنية، توجد طريقتان: الأولى غير مباشرة، وهي التلبيد الانتقائي بالليزر (SLS) لمسحوق معدني مغلف بالبوليمر؛ والثانية مباشرة، وهي التلبيد المباشر بالليزر للمعادن (DMLS). منذ إجراء البحث حول التلبيد المباشر بالليزر لمسحوق معدني في جامعة شاتوفسي في لوفن عام ١٩٩١، أصبح التلبيد المباشر لمسحوق معدني لتشكيل أجزاء ثلاثية الأبعاد باستخدام تقنية SLS أحد الأهداف الرئيسية للنماذج الأولية السريعة. بالمقارنة مع تقنية SLS غير المباشرة، تتمثل الميزة الرئيسية لتقنية DMLS في الاستغناء عن خطوات المعالجة المسبقة واللاحقة المكلفة والمستهلكة للوقت.
سمات من DMLS
تُعدّ تقنية الطباعة الانتقائية بالليزر المباشر (DMLS) فرعًا من تقنية SLS، وتعتمد على نفس المبدأ تقريبًا. مع ذلك، يصعب تشكيل أجزاء معدنية ذات أشكال معقدة بدقة باستخدام تقنية DMLS. ويعود ذلك أساسًا إلى ظاهرة "التكوير" وتشوه مسحوق المعدن أثناء التلبيد في هذه التقنية. التكوير هو ظاهرة يتحول فيها سطح المعدن المنصهر إلى سطح كروي بفعل التوتر السطحي بين المعدن السائل والوسط المحيط، وذلك لجعل النظام المكون من سطح المعدن المنصهر وسطح الوسط المحيط ذا طاقة حرة منخفضة. يؤدي التكوير إلى عدم قدرة مسحوق المعدن على التصلب بعد الانصهار لتكوين بركة منصهرة متصلة وناعمة، مما يجعل الأجزاء المُشكّلة فضفاضة ومسامية، وبالتالي فشل عملية التشكيل. نظراً للزوجة العالية نسبياً لمسحوق المعدن أحادي المكون في مرحلة التلبيد بالطور السائل، يكون تأثير "التكوير" شديداً، وغالباً ما يكون قطر الجسيمات الكروية أكبر من قطر جزيئات المسحوق، مما يؤدي إلى وجود عدد كبير من المسامات في الأجزاء الملبدة. لذلك، فإن عملية التلبيد المباشر بالليزر الانتقائي لمسحوق المعدن أحادي المكون تعاني من عيوب واضحة، وغالباً ما تتطلب معالجة لاحقة، ولا تُحقق المعنى الحقيقي لـ"التلبيد المباشر".
للتغلب على ظاهرة "التكوير" في عملية الطباعة ثلاثية الأبعاد باستخدام مسحوق معدني أحادي المكون، وما ينتج عنها من عيوب مثل تشوه التلبيد وانخفاض الكثافة، يمكن استخدام مساحيق معدنية متعددة المكونات ذات درجات انصهار مختلفة، أو استخدام مساحيق مُسبقة الخلط. يتكون نظام المسحوق المعدني متعدد المكونات عادةً من معادن ذات درجات انصهار عالية، ومعادن ذات درجات انصهار منخفضة، وبعض العناصر المضافة. يحافظ مسحوق المعدن ذو درجة الانصهار العالية، باعتباره المعدن الأساسي، على لبه الصلب في عملية الطباعة ثلاثية الأبعاد. أما مسحوق المعدن ذو درجة الانصهار المنخفضة، فيُستخدم كمادة رابطة، حيث يُصهر في عملية الطباعة ثلاثية الأبعاد لتكوين طور سائل، يقوم بدوره بتغليف جزيئات المعدن الصلبة وترطيبها وربطها، مما يُحقق كثافة التلبيد.
بصفتها شركة رائدة في الصينخدمة الطباعة ثلاثية الأبعادصناعة،JSADDثلاثي الأبعاد لن ننسى هدفها الأصلي، بل سنزيد الاستثمار، ونبتكر ونطور المزيد من التقنيات، ونؤمن بأنها ستجلب تجربة طباعة ثلاثية الأبعاد جديدة للجمهور.
المساهمة: سامي
