أهمية تحليل حجم الجسيمات واستدارة الجسيمات للطباعة ثلاثية الأبعاد

الطباعة ثلاثية الأبعاد، هي نوع من تكنولوجيا النماذج الأولية السريعة، والمعروفة أيضًا باسم التصنيع الإضافي. وتعتمد هذه التقنية على ملفات النماذج الرقمية، والتي تستخدم مواد لاصقة مثل مسحوق المعدن أو البلاستيك لبناء الأجسام عن طريق الطباعة طبقة تلو الأخرى في 3 أبعاد. وقد أصبحت الطباعة ثلاثية الأبعاد ممكنة باستخدام طابعة مواد التكنولوجيا الرقمية. وغالبًا ما تُستخدم في تصنيع القوالب والتصميم الصناعي وغيرها من المجالات لصنع نماذج/قطع تُستخدم في النهاية في التصنيع المباشر للمنتجات. وقد أصبحت طباعة الأجزاء باستخدام هذه التقنية أمرًا شائعًا اليوم وتحل بسرعة محل التقنيات الأخرى التي كانت تُستخدم تقليديًا. ولهذه التكنولوجيا تطبيقات في المجوهرات والأحذية والتصميم الصناعي والبناء والهندسة والإنشاءات (AEC) والسيارات والفضاء وصناعات طب الأسنان والصناعات الطبية والتعليم ونظم المعلومات الجغرافية والهندسة المدنية والأسلحة النارية على سبيل المثال لا الحصر.

العوامل التي تؤثر على الطباعة ثلاثية الأبعاد

يؤثر كل من توزيع حجم الجسيمات والاستدارة والتركيب الكيميائي ومحتوى الأكسجين وسيولة المسحوق على مؤشرات أداء الأجزاء المطبوعة ثلاثية الأبعاد.

في الوقت الحاضر، يتراوح نطاق حجم الجسيمات للمسحوق المستخدم عادةً في الطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاد بين 15-53 ميكرومتر، و53-105 ميكرومتر، ويمكن أن يمتد إلى 105 ~ 150 ميكرومتر في بعض الحالات. يعتمد نطاق حجم الجسيمات المستخدم على مصادر الطاقة المختلفة للطابعات المعدنية. تعد الطابعات التي تستخدم الليزر كمصدر للطاقة، بسبب بقعة تركيزه الدقيقة والسهولة النسبية التي يمكن أن يذيب بها المساحيق الدقيقة، كما أن نطاق حجم المسحوق الذي يتراوح بين 15 و53 ميكرومتر مناسب للاستخدام. يمكن استخدام شعاع البلازما كمصدر طاقة للطابعة عند صهر المسحوق الخشن واستخدام مسحوق بحجم 53-105 ميكرومتر.

الاستدارة هي مقياس مدى قرب جزيئات المسحوق المعدني من دائرة ويتراوح مداها من 0-1، حيث تبلغ قيمة الاستدارة 1. السيولة هي قدرة المادة على التدفق بسهولة ويتم تحديد قيمتها من الوقت الذي تستغرقه كتلة معينة من المسحوق المعدني للتدفق عبر أداة قياس ذات فتحة محددة (ق/50 جم). وبصفة عامة، كلما زادت قيمة الاستدارة كلما كانت قابلية تدفق جزيئات المسحوق أفضل. وهذا بدوره يعني أنه من الأسهل التحكم في وضع المسحوق وتغذيته أثناء الطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاد، وبالتالي الحصول على أجزاء ذات جودة طباعة أعلى.

تحليل حجم الجسيمات لمسحوق سبائك النيكل

يتم الحصول على منتجات معدنية مطبوعة ثلاثية الأبعاد عالية الجودة عند خلط الجسيمات الكبيرة والصغيرة للمسحوق المعدني بنسب مناسبة. وفقًا للمقدمة أعلاه، من المهم جدًا اكتشاف حجم الجسيمات وتوزيع مسحوق المعدن. في الوقت الحاضر، يتم استخدام محلل حجم الجسيمات بالليزر بشكل عام للكشف عن حجم الجسيمات وتوزيع هذه المساحيق المعدنية. فيما يلي اختبار مسحوق سبائك النيكل.

الشكل 1. مخطط توزيع حجم الجسيمات لعينة واحدة من سبائك النيكل

الشكل 2. تحليل حجم الجسيمات لعينة من سبائك النيكل في قياس Bettersizer 2600

تحليل الاستدارة في مسحوق سبائك النيكل

يتسم المسحوق الكروي أو شبه الكروي بسيولة جيدة، وبالتالي تقل احتمالية انسداد نظام إمداد المسحوق أثناء عملية الطباعة. كما أن المسحوق الكروي أسهل في الانتشار في طبقة رقيقة، وبالتالي يتم تحسين دقة الأبعاد وجودة سطح الأجزاء المطبوعة ثلاثية الأبعاد. بالإضافة إلى ذلك، يتم تحسين كثافة الأجزاء وتوحيدها مما يجعل المساحيق الكروية المادة الخام المفضلة للطباعة ثلاثية الأبعاد. فيما يلي تحليل الاستدارة في مسحوق سبائك النيكل.

الشكل 3. صورة عينة من سبائك النيكل في قياس BeVision S1

الشكل 4. تحليل الاستدارة لعينة سبائك النيكل في قياس BeVision S1

الخاتمة

هناك دلائل على أن الطباعة ثلاثية الأبعاد تحظى بتركيز هائل على مستوى العالم من التصنيع الصناعي. ومع نضوج تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد وتطورها، يتم اكتشاف المزيد والمزيد من التطبيقات أسبوعيًا لتلبية الاحتياجات الشخصية لكل مستهلك إلى أقصى حد. بالنسبة لبعض الأجزاء المعقدة بشكل خاص التي يصعب معالجتها ولا تتطلب إنتاجًا ضخمًا، تتمتع الطباعة ثلاثية الأبعاد بميزة تنافسية قوية. وللحفاظ على هذه الميزة التنافسية لا بد من التحكم في توزيع الجسيمات واستدارتها من أجل توفير منتج أفضل جودة في التصنيع المضاف.