طابعة تيتانيوم ثلاثية الأبعاد: تحسين صناعة الطيران

كادمور ميتال طرحت شركة أمازون نظرة جديدة على المكونات المعدنية للطباعة ثلاثية الأبعاد في سوق أمريكا الشمالية المعروفة باسم دمج المعدن البارد (CMF). يدعي جون كارينجتون، الرئيس التنفيذي للشركة، أن CMF تنتج أجزاء معدنية مطبوعة ثلاثية الأبعاد أقوى وأرخص وأسرع في التصنيع. يتضمن ذلك مكونات التيتانيوم، التي تسببت تاريخيًا في حدوث مشكلات للطابعات ثلاثية الأبعاد.

استخدمت الطباعة ثلاثية الأبعاد معادن تشمل الألومنيوم والفولاذ المسحوق وسبائك النيكل لبعض الوقت. في حين أن الطلب على أجزاء التيتانيوم مرتفع في مجالات مثل الطيران والرعاية الصحية بسبب نسبة القوة إلى الوزن الفائقة، ومقاومتها للتآكل، وملاءمتها للهندسة المعقدة، فقد شكل المعدن تحديات للطابعات ثلاثية الأبعاد.

يصبح التيتانيوم أكثر تفاعلاً عند درجات الحرارة المرتفعة ويميل إلى التشقق عندما يبرد الجزء المطبوع. كما يمكن أن يصبح هشًا لأنه يمتص الهيدروجين أو الأكسجين أو النيتروجين أثناء عملية الطباعة. يقول كارينجتون إن CMF يتغلب على هذه المشكلات.

يقول كارينجتون: “يميل عملاؤنا الأساسيون إلى أن يأتيوا من صناعات الطاقة والدفاع والفضاء”. “لقد تحول أحد كبار مقاولي الدفاع مؤخرًا من الطباعة التقليدية ثلاثية الأبعاد إلى CMF لأنها ستوفر لهم الملايين وتقلل من إنتاج النماذج الأولية وقطع الغيار لعدة أشهر.”

كيف تعمل CMF على تعزيز كفاءة الطباعة ثلاثية الأبعاد على التيتانيوم

تجمع CMF بين مرونة الطباعة ثلاثية الأبعاد وعمليات تعدين المساحيق الجديدة لتوفير القوة والمتانة الأكبر للأجزاء المصنوعة من التيتانيوم والعديد من المعادن والسبائك الأخرى. تستخدم هذه العملية مزيجًا من مسحوق المعادن الخاص وعوامل ربط البوليمر التي يتم دمجها طبقة تلو الأخرى لإنشاء مكونات معدنية عالية القوة.

تبدأ العملية مثل أي مشروع طباعة ثلاثية الأبعاد آخر: ملف رقمي يمثل الكائن ثلاثي الأبعاد المطلوب يوجه إجراءات الطابعة الصناعية ثلاثية الأبعاد القياسية في وضع خليط من المعدن والموثق البلاستيكي. يقوم الليزر بدمج كل طبقة من المسحوق بخفة في بنية صلبة متماسكة. تتم إزالة المسحوق الزائد لإعادة استخدامه.

ما يختلف فيه CMF هو أن الأجزاء الأولية الناتجة عن هذه المرحلة من العملية تكون قوية بما يكفي للطحن والحفر والطحن إذا لزم الأمر. ثم تنقع الأجزاء في مذيب لإذابة الرابط البلاستيكي. بعد ذلك، يذهبون إلى الفرن لحرق أي مادة رابطة متبقية، ودمج الجزيئات المعدنية، وضغطها في مكون معدني كثيف. ويمكن بعد ذلك تطبيق المعالجات السطحية أو التشطيبية مثل التلميع والمعالجة الحرارية.

يقول كارينجتون: “توفر تقنية دمج المعادن الباردة لدينا عملية أسرع بثلاث مرات على الأقل وأكثر قابلية للتطوير من أي نوع آخر من الطباعة ثلاثية الأبعاد”. “إن أسعار كل جزء بشكل عام أقل بنسبة 50 إلى 60 بالمائة من تكنولوجيا الطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاد البديلة. ونتوقع أن تنخفض هذه الأسعار أكثر مع توسعنا.”

تتيح الطباعة ثلاثية الأبعاد باستخدام المساحيق المعدنية مثل التيتانيوم إنشاء أجزاء ذات أشكال هندسية معقدة.كادمور ميتال

تم تطوير المواد المستخدمة في CMF بواسطة شركة Headmade Materials، وهي شركة ألمانية. تحمل شركة Headmade براءة اختراع لمواد الطباعة ثلاثية الأبعاد هذه، والتي تم تصميمها للاستخدام من قبل النظام البيئي الحالي لآلات الطباعة ثلاثية الأبعاد. تعمل شركة CADmore Metal كموزع حصري في أمريكا الشمالية للمساحيق المعدنية المستخدمة في CMF. يمكن للشركة أيضًا أن تعمل كمتكامل أنظمة للعملية بأكملها من خلال توفير أجهزة الطباعة والتلبيد والمساحيق المتخصصة وخبرة العمليات والتدريب والدعم الفني.

يقول كارينجتون: “نحن نقدم إرشادات حول تحسين التصميم والتكامل مع سير العمل الحالي لمساعدة العملاء على تحقيق أقصى قدر من فوائد التكنولوجيا”. “إذا جاءت إلينا شركة توربينات لإنتاج أجزائها باستخدام CMF، فيمكننا إما بناء الأجزاء لها كخدمة أو إعدادها لتنفيذ إنتاجها الخاص داخليًا بينما نقوم بتوريد المسحوق والدعم.”

نظرًا لأن سوق الطباعة ثلاثية الأبعاد العالمية تبلغ قيمتها الآن حوالي 5 مليارات دولار أمريكي ومن المتوقع أن تصل إلى 13 مليار دولار بحلول عام 2035، وفقًا لشركة المحللين IDTechEx، فإن وصول CMF يأتي في الوقت المناسب. افتتحت شركة CADmore Metal للتو أول مركز لتطبيقات CMF في أمريكا الشمالية، وهي منشأة تبلغ مساحتها حوالي 280 مترًا مربعًا (3000 قدم مربع) في كولومبيا، وتقول SC Carrington أنه سيتم افتتاح منشأة أكبر في عام 2026 لإفساح المجال لمزيد من معالجة المواد والمعدات.