تدريب فني على طباعة ثلاثية الأبعاد للمعادن باستخدام الانصهار الانتقائي بالليزر (SLM)

مرحبًا بكم في دورة التدريب الفني على طباعة ثلاثية الأبعاد باستخدام تقنية الانصهار بالليزر الانتقائي (SLM) لمسحوق المعادن على سرير المسحوق. وتجمع هذه الدورة بين مبادئ المعدات والأساسيات العملية ومواصفات التشغيل ومتطلبات السلامة في التشغيل والصيانة، بهدف ترسيخ معرفتكم الأساسية بتقنيات SLM، وتوحيد إجراءات تشغيل المعدات، ومساعدتكم على تجنّب العيوب العملية ومخاطر السلامة المهنية. وفيما يلي محتويات التدريب الأساسية.

١. تطبيقات طباعة ثلاثية الأبعاد باستخدام مسحوق المعادن على سرير المسحوق (SLM)

وبوصفها تقنية انصهار ليزري على سرير مسحوق، فإن تقنية SLM تُذيب مسحوق المعادن تمامًا بواسطة شعاع الليزر ضمن جو واقي خامل لإنتاج مكونات معدنية معقدة بكثافة تقترب من الكثافة الكاملة. وهي بذلك تحلّ التحديات التصنيعية المرتبطة بالهياكل المدمجة والخفيفة الوزن التي يصعب تحقيقها باستخدام الطرق التقليدية في التصنيع.

سيناريوهات التطبيق الرئيسية:

1. الفضاء • مكونات سبائك التيتانيوم والسبائك الفائقة مثل غلاف المحرك وغرف الاحتراق والهياكل الحاملة للحمولات ذات الشبكة، وذلك لتحقيق التكامل وتقليل الوزن.
2. صناعة القوالب قوالب إدخال ذات قنوات تبريد مُلائمة لتقليص دورات التشكيل وتحسين نسبة الناتج.
3. البحث العلمي والمعدات المتطورة عينات عمليات المواد الجديدة، وأجزاء قنوات التدفق المعقدة ومكونات التبريد ذات الأشكال الخاصة.

القدرات العملية النموذجية: دقة التشكيل ±٠٫١ مم (لطول ≤ ١٠٠ مم)؛ سماكة طبقة المسحوق قابلة للضبط بين ٢٠ ميكرومتر و٤٠٠ ميكرومتر. ويعزِّز تكوين الليزر المتعدد كفاءة الطباعة بشكل ملحوظ.

٢. النقاط الرئيسية في إعداد مسحوق المعادن لتقنية SLM

يحدد مسحوق المعدن مباشرةً جودة الأجزاء المطبوعة. ويُستخدم مسحوق المعدن الكروي الذي تنتجه شركة تقطير الغاز على نطاق واسع في تقنية SLM. وفي هذه العملية، يُذاب مادة السبيكة الأساسية عند درجة حرارة مرتفعة؛ ثم تُفتت تيار المعدن المنصهر بواسطة غاز خامل عالي الضغط، ويتصلب ليشكِّل مسحوقًا كرويًّا أثناء التبريد.

المواصفات الأساسية: حجم الجسيمات من ١٥ إلى ٥٣ ميكرومتر؛ كروية عالية وقابلية جيدة للتدفق. ويجب التحكم بدقة في محتوى الأكسجين والشوائب الخارجية، لأن وجود الشوائب قد يؤدي إلى عيوب في القطع أو فشل تصادم المكشطة.

ملاحظات التشغيل: يُخزن المسحوق في ظروف تجفيف تحت ضغط جوي منخفض. ويجب غربلة المسحوق المعاد تدويره باستخدام غربال اهتزازي مقاوم للانفجار، ثم خلطه مع مسحوق جديد بنسبة مناسبة قبل إعادة الاستخدام. أما بالنسبة للسبائك التفاعلية مثل التيتانيوم والألومنيوم، فيجب تجنّب تركها معرَّضةً لفترة طويلة للهواء المحيط.

٣. النظام البصري لمعدات التصنيع بالليزر الصلب (SLM)

يُشكِّل النظام البصري القلب الطاقي للمعدة، وهو يتكون من ليزرات أليافية، ومرايا انحرافية للمسح الضوئي، وتجميعات عدسات مجالية للتركيز، ونوافذ واقية، ووحدة تبريد مائي. أما الماكينات متعددة الليزر فتستخدم قنوات بصرية مستقلة متعددة لمعالجة متوازية.

1. ليزر ليزر ألياف أحادي الوضع بقدرة خرج لا تقل عن ٥٠٠ واط، وطول موجة ١٠٦٠ نانومتر، وقابل للضبط المستمر في القدرة من ١٠٪ إلى ١٠٠٪، وجودة شعاع (M²) ≤ ١,١. ويجب إجراء معايرة دورية للقدرة.
2. الغالفنوميتر الماسح سرعة المسح ≥ ٧ أمتار/ثانية. ويمكن أن تبقى الدقة المُعايرة مستقرة لأكثر من ثلاثة أشهر. وتجنَّب الاهتزاز الشديد للمعدات لمنع انحراف نقطة الصفر في المرآتين المنحرفتين.
3. المكونات البصرية نافذة الحماية من الكوارتز جزء استهلاكي يُستخدم لحجب الأبخرة والقطرات داخل غرفة البناء. ويجب استبدالها فورًا في حال حدوث التآكل أو التلوث. ويمكن ضبط عمق البؤرة ضمن نطاق ±٥ مم.
4. وحدة التبريد نظام تبريد مائي ذي درجتي حرارة وضابطَي تحكُّم، ومزوَّد بحماية ترابطية لمعدل التدفق ودرجة الحرارة. ويُفعِّل الجهاز إنذارًا تلقائيًّا وإيقافًا ذاتيًّا عند حدوث أي خلل في التبريد.

٤. نظام الغاز لمعدات SLM والمتطلبات الأمنية

يُحافظ نظام الغاز على بيئة منخفضة الأكسجين أثناء الطباعة، ويقوم أيضًا بتنقية الأبخرة ومنع انفجارات الغبار، وهي وظائف بالغة الأهمية لضمان جودة العملية وسلامة التشغيل.

1. تنقية الجو : يجمع بين ضخ الفراغ وملء الغرفة بالغاز الخامل. ويمكن أن تنخفض نسبة الأكسجين داخل الغرفة إلى أقل من ٥٠٠٠ جزء في المليون خلال ٣٠ دقيقة. ويجب التحكم في مستوى الأكسجين بحيث لا يتجاوز ١٠٠ جزء في المليون أثناء المعالجة، مع إنذار صوتي وبصري تلقائي عند تجاوز الحد المسموح به. لا تبدأ الطباعة أبدًا قبل أن تصل نسبة الأكسجين إلى المستوى القياسي. .
2. تدفق الهواء ثنائي الطبقة : تولّد المنافذ العلوية والسفلية للهواء داخل الغرفة تدفقًا طبقيًّا لإزالة الأبخرة والشرر، مما يقلل من مخاطر تلوث العدسة وأكسدة حوض المصهور.
3. نظام الترشيح نظام ترشيح ثلاثي المراحل يجمع بين فاصل دوامي وعناصر مرشح من الدرجة H13، ومدة خدمته تساوي أو تفوق ٣٠٠٠٠ ساعة. يدعم عملية النَّفخ العكسي عبر الإنترنت دون إيقاف التشغيل. يتم تمرير سطل جمع الرماد بسائل مُمرِّن أثناء التخلص من الرماد لمنع الاشتعال الذاتي للغبار. ويتم رصد فرق الضغط في الوقت الفعلي، ويُفعَّل إنذار عند انسداد المرشح. لا يجوز تجاهل الإنذارات لإجبار استمرار الإنتاج.

٥. برنامج تشغيل القطع والتحكم في المعدات

تتكوّن حزمة البرامج من برنامج قطع ما قبل المعالجة ونظام التحكم في المعدات، مع خدمة ترقية دائمة مجانية.

1. برنامج قطع ما قبل المعالجة يدعم استيراد ملفات STL والقطع مباشرةً على الجهاز. ويمكن ضبط جميع معايير العملية بالكامل. وتوفر وظيفة التحقق من السماكة منع اختيار حزمة عملية خاطئة. كما يدعم المعالجة الجماعية لأجزاء متعددة. ويمتد نطاق دوران مسار المسح من ٠° إلى ٣٦٠° لتقليل الإجهادات الداخلية في الأجزاء.
2. نظام التحكم في المعدات واجهة التفاعل بين الإنسان والآلة معزولة عن التحكم في الخلفية. يمكن ضبط قوة الليزر وسرعة المسح الضوئي في الوقت الفعلي أثناء الطباعة، مع تأثير فوري. وتعرض البيانات الأساسية مثل عدد الطبقات ومدة المعالجة ودرجة حرارة الركيزة في الوقت الفعلي. كما يحتوي النظام على وظائف تشخيص ذاتي للأعطال وإنذارات صوتية وبصرية. ويتوفر خيار تأخير المسح الضوئي للطبقة الواحدة مع التبريد لتخفيف التشوه الناتج عن تراكم الحرارة.

تلميح تدريبي: احتفظ بسجلاتٍ لأي تعديلٍ على معايير العملية أثناء التشغيل العملي. ونفّذ اختبار عينات صغيرة قبل الإنتاج الرسمي.

٦. تركيب ومزاولة المعدات المساعدة

يجب أن يضم محطة عمل SLM كاملةً فرن تجفيف فراغيًا، ومنخل اهتزازي مقاوم للانفجار، ومكنسة كهربائية فراغية مقاومة للانفجار. ويجب أن تستوفي جميع المعدات المساعدة مواصفات مقاومة الانفجار.

ملخَّص التدريب وتذكيرات السلامة

أيها المشاركون الكرام: تتضمَّن معدات طباعة SLM مخاطر الليزر، وغبار المعادن القابل للاشتعال، والغاز الواقي الخامل. يسمح بالتشغيل العملي فقط بعد إكمال التدريب الكامل على السلامة .

أثناء الفحص اليومي، ركّز انتباهك بعناية على حالة التبريد البصري، ورصد محتوى الأكسجين، والفرق في الضغط عبر المرشحات، وقفل باب الغرفة التفاعلي، وتوافر زر الإيقاف الطارئ. ويُمنع استخدام بدائل غير مقاومة للانفجارات في أعمال التعامل مع المساحيق. واحفظ سجلاً كاملاً لجميع مراحل المعالجة لضمان إمكانية تتبعها ولتشخيص الأعطال.