واحدة من أكثر تقنيات التصنيع المضافة دقة في السوق هي طابعات المسحوق ثلاثية الأبعاد، والتي تستخدم عدة تقنيات لصهر أو تلبيد مواد المسحوق في طبقات متتالية لتشكيل مكونات مكتملة. تستخدم هذه الطابعات ملفات CAD التي يتم تقطيعها باستخدام برنامج التقطيع ثم تمريرها عبر الطابعة ثلاثية الأبعاد.

هناك تقنيتان معروفتان لانصهار قاع المسحوق هما الذوبان بالحزمة الإلكترونية (EBM) والذوبان الانتقائي بالليزر (SLM)، اللتان تستخدمان مساحيق السبائك المعدنية للطباعة. ويشكل كل منهما من المسحوق المعدني مقاطع قوية وسميكة، على الرغم من وجود العديد من الاختلافات فيما يتعلق بطريقتهما وقدراتهما.

معنى مصطلح الصهر بالحزمة الإلكترونية (EBM)

EBM هي تقنية تصنيع مضافة تستخدم شعاع إلكتروني يتم توليدها بواسطة مدفع إلكتروني موجه بواسطة مجالات مغناطيسية. تم اختراع هذا النظام من قبل شركة Arcam (التي استحوذت عليها شركة جنرال إلكتريك) بالتعاون مع جامعة تشالمرز للتكنولوجيا في عام 1993.

الخصائص الرئيسية لعملية الإدارة القائمة على النتائج الإلكترونية

• يستخدم فتيل تنجستن فائق التسخين لانبعاث الإلكترونات في غرفة مفرغة من الهواء
• تنتقل الإلكترونات بسرعة نصف سرعة الضوء تقريبًا
• يمكن أن تصل إلى درجات حرارة تصل إلى 2,000 درجة مئوية
• يمكن توجيه شعاع الإلكترون بسرعات تصل إلى 8,000 مم/ثانية
• يتطلب حجرة تفريغ الهواء لمنع الأكسدة
• يستخدم إلكترونات نشطة بدلاً من الفوتونات (مثل الليزر)

مواد EBM

تطبع EBM المعادن والسبائك الموصلة فقط، بما في ذلك:

• التيتانيوم وسبائك التيتانيوم (Ti6AL4V)
• التنتالوم
• الفولاذ المقاوم للصدأ
• فولاذ الأدوات
• كروم الكوبالت (CoCrMo)
• النحاس
• سبائك النيكل (Inconel® 718)

تعريف SLM (الذوبان الانتقائي بالليزر الانتقائي)

SLM هي تقنية دمج قاع المسحوق التي تستخدم ليزر الألياف عالية الطاقة لإذابة مسحوق المعادن بشكل انتقائي. تم اختراع هذه التقنية لأول مرة في عام 1995 وتم تسويقها تجارياً بواسطة شركة SLM Solutions، ويمكنها استخدام ما يصل إلى 12 ليزر عالي الطاقة في وقت واحد.

الخصائص الرئيسية لعملية الإدارة المستدامة للأرضية

• يستخدم ليزر ليفي عالي الطاقة (عادةً 1000 واط لكل ليزر)
• إذابة المواد بالكامل بدلاً من تلبيدها فقط
• تعمل في حجرة مملوءة بغاز خامل (وليس تفريغ الهواء)
• ارتفاعات الطبقات من 20 إلى 50 ميكرون
• يمكن ضبط عرض الحزمة لتحسين السرعة أو الدقة

مواد SLM

تمتلك SLM مجموعة واسعة من المواد، بما في ذلك:

• المعادن النقية مثل التيتانيوم
• فولاذ الأدوات
• النحاس
• الفولاذ المقاوم للصدأ
• كروم الكوبالت
• ألومنيوم وسبائك الألومنيوم
• المعادن الثمينة
• معظم سبائك الحديد والنيكل والكوبالت والنحاس والنيكل والكوبالت والنحاس

مقارنة تفصيلية |الإدارة الإلكترونية الإلكترونية مقابل الإدارة المستدامة للغازات

الاختلافات التكنولوجية

مقارنة الأداء |الإدارة الإلكترونية الإلكترونية مقابل الإدارة المستدامة للغازات

السرعة

مزايا الإدارة الإلكترونية السحابية: يطبع أسرع من آلة SLM أحادية الشعاع بسبب الشعاع الأوسع والتموضع السريع

استجابة SLM: أنظمة SLM متعددة الحزم (ما يصل إلى 12 ليزر) يمكن أن تضاهي أو تتجاوز سرعة جهاز الليزر الإلكتروني

الدقة والتشطيب السطحي

مزايا SLM: دقة أبعاد أفضل، تشطيب سطحي فائق، دقة طبقة أدق

مساوئ الإدارة الإلكترونية السليمة بيئيًا: سطح أكثر خشونة بسبب عرض الحزمة الأكبر، يتطلب المزيد من المعالجة اللاحقة

حجم البناء

EBM: يقتصر على قطر 350 مم × ارتفاع 430 مم (أسطواني)

SLM: ما يصل إلى 600 × 600 × 600 مم (يمكن استخدام أجزاء مفردة أكبر)

خصائص المواد وتطبيقاتها

خصائص الجزء

• تنتج كلتا التقنيتين:
• الأجزاء عالية الكثافة
• خواص ميكانيكية ممتازة
• خواص المواد المتساوية الخواص
• مكونات قوية وخفيفة الوزن

خاص بـ EBM:

• ضغوط داخلية أقل
• نادراً ما تكون المعالجة الحرارية مطلوبة
• ما يصل إلى 98% معدل إعادة تدوير المسحوق حتى 98%

SLM محددة:

• مسامية منخفضة
• ضغوط داخلية أعلى (غالباً ما تتطلب معالجة حرارية بعد البناء)
• دقة أبعاد جيدة

تطبيقات الصناعة

تطبيقات EBM:

• الفضاء الجوي (شفرات التوربينات)
• الطبية (غرسات تقويم العظام)
• مكونات السيارات
• تطبيقات الدفاع
• صناعة البتروكيماويات

تطبيقات SLM:

• الفضاء الجوي
• السيارات
• الطب وطب الأسنان
• الأدوات الصناعية
• الإنشاءات
• المجوهرات
• التجميعات الكاملة (وليس المكونات فقط)

المزايا والعيوب |الإدارة الإلكترونية الإلكترونية مقابل الإدارة المستدامة للغازات

مزايا EBM:

• سرعة طباعة أسرع (شعاع واحد)
• درجات حرارة ذوبان أعلى (تصل إلى 2,000 درجة مئوية)
• هياكل دعم أقل مطلوبة
• انخفاض الضغوط الداخلية
• خواص ميكانيكية ممتازة
• ارتفاع معدل إعادة تدوير المسحوق
• يمكن فصل الشعاع إلى مواقع متعددة في وقت واحد

مساوئ الإدارة الإلكترونية السليمة بيئيًا:

• تقتصر على المواد الموصلة فقط
• يتطلب حجرة تفريغ الهواء (يضيف تعقيدًا ويحد من الحجم)
• دقة أقل للمنتج
• تشطيب السطح الخشن الذي يتطلب معالجة لاحقة
• آلات ومواد باهظة الثمن
• التكنولوجيا المسجلة الملكية
• يتطلب فنيين على درجة عالية من المهارة
• تقتصر على الأجزاء الصغيرة
• فترة التبريد المطلوبة

مزايا SLM:

• مجموعة أوسع من المواد
• دقة أبعاد أفضل
• تشطيب سطح فائق
• أحجام بناء أكبر
• يمكن طباعة تجميعات كاملة
• يمكن للمشغِّل ضبط عرض الشعاع للسرعة مقابل الدقة
• خيارات ليزر متعددة لزيادة السرعة

مساوئ SLM:

• طباعة أبطأ (أنظمة الحزمة الواحدة)
• ضغوط داخلية أعلى
• يتطلب معالجة حرارية بعد البناء
• الماكينات المبتدئين الأكثر تكلفة 

التقنيات البديلة

التلبيد المباشر بالليزر المعدني (DMLS)

التلبيد المباشر بالليزر المعدني يشبه جهاز SLM ولكنه يستخدم ليزر متعدد منخفض الطاقة ويوفر دقة فائقة بدقة أفضل من كل من EBM و SLM، على الرغم من انخفاض كثافته.

ترسيب الطاقة الموجهة (DED)

يمكن طباعة المعادن والبوليمرات والسيراميك باستخدام خيوط أو مسحوق. تنتج منتجات أكبر بسرعة ويمكنها التعامل مع مواد متعددة.

التلبيد الانتقائي بالليزر (SLS)

التلبيد الانتقائي بالليزر الانتقائي تشبه إلى حد كبير SLM ولكنها تطبع بالبلاستيك بدلاً من المواد المعدنية.

الملخص

تُعد كل من الطباعة ثلاثية الأبعاد للمعادن بالاندماج القاعي للمسحوق والطباعة ثلاثية الأبعاد للمعادن بالطباعة القاعية للمسحوق التي تستخدم مصادر حرارة عالية الكثافة لإذابة المسحوق المعدني وإنتاج منتجات قوية وكثيفة. ويعتمد الاختيار بينهما على متطلبات محددة:

اختر EBM عندما:

• السرعة هي الأولوية
• العمل مع المواد المقاومة للحرارة/الموصلة للحرارة
• تقليل الضغط الداخلي إلى الحد الأدنى من الضغط الداخلي مهم
• يجب تجنب المعالجة الحرارية

اختر SLM عندما:

• الدقة وتشطيب السطح أمران حاسمان
• هناك حاجة إلى تنوع المواد
• الأجزاء الكبيرة أو التجميعات الكاملة مطلوبة
• الدقة الأعلى ضرورية

وتستمر كلتا التقنيتين في التطور، حيث تكتسب تقنية SLM تقدماً من خلال أنظمة الليزر المتعددة التي تضاهي مزايا السرعة التي توفرها تقنية EBM مع الحفاظ على الدقة الفائقة والمرونة المادية.

الأسئلة الشائعة

كيف يختلف كل من EBM و SLM في مصدر الحرارة الذي يستخدمانه؟

تستخدم تقنية EBM شعاع الإلكترونات، بينما تستخدم SLM الليزر لصهر المساحيق المعدنية.

ما العملية التي تعمل في غرفة تفريغ الهواء؟

يعمل نظام EBM في الفراغ، بينما يعمل نظام SLM في جو غازي خامل.

ما هي المعادن التي تتم معالجتها عادةً بواسطة الإدارة الإلكترونية للإلكترونيات والإدارة المستدامة للألومنيوم؟

وغالبًا ما تُستخدم الآلة الكهرومغناطيسية الإلكترونية في سبائك التيتانيوم والكوبالت والكروم؛ بينما تعمل الآلة الآلية لسحب السوائل مع مجموعة أوسع بما في ذلك الفولاذ المقاوم للصدأ والألومنيوم.

كيف تتم المقارنة بين تشطيب السطح والدقة؟

عادةً ما تنتج ماكينة SLM تشطيبات سطحية أدق وأجزاء ذات دقة أعلى من ماكينة EBM.

ما العملية التي تتميز عمومًا بمعدلات بناء أسرع؟

يمكن أن تتمتع EBM بسرعات بناء أسرع بسبب ارتفاع كثافة الطاقة وانصهار الحجم.

ما هي التطبيقات النموذجية للإدارة الإلكترونية الإلكترونية للوقود مقابل الإدارة المستدامة للأراضي؟

يشيع استخدام تقنية EBM في صناعة الطيران والغرسات الطبية؛ بينما تُستخدم تقنية SLM في صناعة السيارات والفضاء والأدوات.

ما العملية التي ينتج عنها أجزاء ذات إجهاد متبقي أقل؟

تميل أجزاء EBM إلى انخفاض الإجهاد المتبقي بسبب بيئة التفريغ والتسخين المسبق.

هل تختلف المعالجة اللاحقة للمعالجة بين الإدارة الإلكترونية والإدارة المستدامة للأراضي؟

كلاهما يتطلبان معالجة لاحقة متشابهة، ولكن قد تحتاج أجزاء SLM إلى مزيد من التشطيب السطحي.

ما الطريقة الأكثر تكلفة؟

تتفاوت التكاليف، ولكن آلات EBM وتشغيلها تميل إلى أن تكون أكثر تكلفة من SLM.