1. نظرة عامة على معدات الطباعة المركبة ثلاثية الأبعاد
أصبحت تكنولوجيا الطباعة ثلاثية الأبعاد، باعتبارها طريقة ثورية للتصنيع الإضافي، ذات أهمية متزايدة في الصناعة التحويلية. من خلال تكديس المواد طبقة تلو الأخرى، فهي قادرة على تصنيع الأجزاء الدقيقة المعقدة بسرعة دون الحاجة إلى القوالب التقليدية، وتقصير دورة الإنتاج، وتحسين استخدام المواد، وخفض التكاليف، واختراق قيود تكنولوجيا التصنيع التقليدية في تحضير الأجزاء المعقدة. وخاصة في إنتاج كميات صغيرة من الأجزاء المعقدة وتحسين التصميم، أظهرت تكنولوجيا الطباعة ثلاثية الأبعاد قدرة تنافسية قوية في السوق وأصبحت قوة رئيسية في تعزيز الابتكار في مجال التصنيع.
تلعب المواد المركبة أيضًا دورًا مهمًا في التصنيع الحديث، وتتكون عادةً من مادتين أو أكثر بخصائص مختلفة، ومن خلال تحسين النسبة والهيكل، فإنها تحقق الأداء التكميلي والتعزيز. إنها تتميز بالقوة العالية، الكثافة المنخفضة، مقاومة التآكل، مقاومة درجات الحرارة العالية، إلخ. إنها تستخدم على نطاق واسع في مجال الطيران، تصنيع السيارات، الأجهزة الطبية وغيرها من المجالات، مما يساعد على تقليل الوزن، تحسين الكفاءة، وتعزيز القوة الهيكلية والأداء.
مع تزايد الطلب على الأجزاء-الدقيقة وعالية الأداء-، أصبح الجمع بين تكنولوجيا الطباعة ثلاثية الأبعاد والمواد المركبة اتجاهًا لا مفر منه. 3يمكن لمعدات الطباعة المركبة ثلاثية الأبعاد تصنيع الأجزاء المركبة بسرعة ودقة وتعزيز التحول والارتقاء بالصناعة التحويلية. لا تلبي هذه التكنولوجيا المتطلبات الصارمة للأجزاء المعقدة في المجالات-المتطورة فحسب، ولكنها توفر أيضًا فرصًا مبتكرة لمجالات أخرى مثل البحث العلمي والتعليم والإلكترونيات الاستهلاكية والإبداع الثقافي.
حاليًا، تم تطوير مجموعة متنوعة من أنواع تقنيات الطباعة ثلاثية الأبعاد، مثل الطباعة الحجرية المجسمة (SLA)، وتلبد الليزر الانتقائي (SLS)، وقولبة الترسيب المنصهر (FDM). أصبحت تقنية FDM واحدة من أكثر تقنيات الطباعة ثلاثية الأبعاد استخدامًا على نطاق واسع في السوق نظرًا لمزاياها المتمثلة في التكلفة المنخفضة وإجراءات التحضير البسيطة وقابلية التطبيق على مجموعة واسعة من المواد. تتجه عملية طباعة البوليمرات ثلاثية الأبعاد نحو تكلفة طباعة منخفضة، واستهلاك منخفض للطاقة، وحجم كبير، ومعدل طباعة مرتفع، مما يؤدي تدريجياً إلى تحقيق الإنتاج الضخم والتنافس مع عمليات إنتاج البلاستيك التقليدية. تم تطبيق عمليات طبقة المسحوق على الإنتاج الضخم للأجزاء البلاستيكية، في حين أن تقنيات البلمرة الضوئية السريعة مثل DLP وCLIP تتيح طباعة بلمرة ضوئية ثلاثية الأبعاد لإنتاج دفعات صغيرة، مع التركيز على العمليات ذات استهلاك الطاقة المنخفض والأداء العالي للأجزاء. تتجه عملية الطباعة ثلاثية الأبعاد لبثق المواد أيضًا نحو النضج، حيث تم استخدام معدات عالية-سرعة وكبيرة الحجم في عملية التطوير.
2. نظرة عامة على تطورات الصناعة
2.1 3تاريخ تطور معدات الطباعة ثلاثية الأبعاد للمواد المركبة
يشبه تاريخ تطور تكنولوجيا الطباعة ثلاثية الأبعاد المحلية ملحمة رائعة من العلوم والتكنولوجيا، والتي تسجل حكمة وشجاعة عدد لا يحصى من الرواد وتشهد قفزة كبيرة في العلوم والتكنولوجيا الصينية من المتابعة إلى التجاوز. 1980، ولدت أول براءة اختراع للطباعة ثلاثية الأبعاد في العالم في اليابان، والتي أشعلت نار البراري لتطوير تكنولوجيا الطباعة ثلاثية الأبعاد العالمية، مثل شرارة العلوم والتكنولوجيا. وفي الصين، أنشأ البروفيسور يان يونغ نيان مركز النماذج الأولية السريعة بالليزر في جامعة تسينغهوا في عام 1988، والذي أصبح مؤسس تكنولوجيا النماذج الأولية السريعة في الصين وأرسى أساسًا متينًا لتطوير تكنولوجيا الطباعة ثلاثية الأبعاد في الصين. منذ ذلك الحين، تسارعت وتيرة تطور تكنولوجيا الطباعة ثلاثية الأبعاد في الصين تدريجيًا. 1993، وتم إنشاء أول شركة طباعة ثلاثية الأبعاد في الصين، مما يمثل الإطلاق الرسمي لصناعة الطباعة ثلاثية الأبعاد في الصين. 1994، وبدأ البروفيسور لو بينغ هينج من جامعة شيان جياوتونغ في تكريس نفسه للبحث وتطوير الطابعات ثلاثية الأبعاد، التي ضخت نتائج أبحاثها العلمية زخمًا قويًا للابتكار المستقل في الصين لتكنولوجيا الطباعة ثلاثية الأبعاد.
في القرن الحادي والعشرين، بشرت تكنولوجيا الطباعة ثلاثية الأبعاد في الصين بتطور أكثر سرعة. 2010، جامعة هواتشونغ للعلوم والتكنولوجيا، نجح فريق البروفيسور شي يو شينغ في تطوير معدات تصنيع مضافة صناعية -درجة 1.2 م × 1.2 م، وكانت منطقة العمل هي الأكبر في العالم في ذلك الوقت، مما يسلط الضوء على القوة المتميزة للصين في مجال تصنيع معدات الطباعة ثلاثية الأبعاد -الكبيرة الحجم. 2011، البروفيسور شي فريق Yusheng، بفضل تفوقه في عام 2011، قام فريق البروفيسور شي يوشينغ، بفضل تقنيته الرائعة، بتصنيع قوالب شمع لأجزاء كبيرة ومعقدة من سبائك التيتانيوم للطائرات والأقمار الصناعية ومحركات الطيران-لشركة Airbus ووكالة الفضاء الأوروبية، مع تطبيق تكنولوجيا الطباعة ثلاثية الأبعاد الصينية في مجال الطيران العالمي-المتطور وحاز على الثناء الدولي. 2013، تم رسميًا إنشاء تحالف الطباعة ثلاثية الأبعاد الصيني تم تأسيسها، مما يشير إلى أن صناعة الطباعة ثلاثية الأبعاد في الصين قد بدأت في التحرك نحو مرحلة جديدة من التطوير المشترك والابتكار التعاوني، وبناء منصة جديدة للتبادلات التكنولوجية وتكامل الموارد وتوسيع السوق وتكامل الموارد وتوسيع السوق. في عام 2017، أطلقت Xi'an Zhimong أول نظام طباعة ثلاثي الأبعاد للشعاع المعدني - في الصين، ZcompleX3، والذي ملأ الفجوات التكنولوجية في مجال الطباعة ثلاثية الأبعاد للشعاع المعدني في الصين، تمكين الصين من الوصول إلى آفاق جديدة في-تكنولوجيا الطباعة ثلاثية الأبعاد المعدنية المتطورة. في عام 2018، نجح مركز التصنيع الإضافي بجامعة كونمينغ للعلوم والتكنولوجيا في تجربة إنتاج أكبر آلة طباعة ثلاثية الأبعاد منفردة في ذلك الوقت باستخدام. وفي عام 2018، نجح مركز التصنيع الإضافي بجامعة كونمينغ للتكنولوجيا في اختبار-إنتاج أكبر جزء مركب فردي من سبائك التيتانيوم تم تشكيله بواسطة عملية SLM في ذلك الوقت، مما أظهر بشكل كامل روعة الصين بفضل المهارة الحرفية والقدرة الابتكارية القوية في تكنولوجيا الطباعة ثلاثية الأبعاد لسبائك التيتانيوم. 2020، أكملت الأكاديمية الصينية لتكنولوجيا الفضاء (CAST) بنجاح أول تجربة "طباعة ثلاثية الأبعاد في الفضاء"، والتي تعد أيضًا أول تجربة طباعة ثلاثية الأبعاد في العالم للمواد المركبة المقواة بالألياف المستمرة-، مما يمثل أول تجربة طباعة ثلاثية الأبعاد في الصين في مجال تكنولوجيا الفضاء الجوي. في عام 2020، أكملت الأكاديمية الصينية لتكنولوجيا الفضاء بنجاح أول تجربة "طباعة ثلاثية الأبعاد في الفضاء"، وهي أيضًا أول طباعة ثلاثية الأبعاد في العالم للمواد المركبة المقواة بالألياف المستمرة، مما يمثل تقدمًا كبيرًا في تطبيق تكنولوجيا الطباعة ثلاثية الأبعاد في مجال الفضاء الجوي، وتوفير وسائل تكنولوجية جديدة لاستكشاف الفضاء وتطويره في المستقبل.
2.2 حالة تطوير معدات المواد المركبة
يُقال إن استخدام المواد المركبة في مجال العلوم والتكنولوجيا اليوم واسع النطاق ومتعمق{{0}، كما أن مزايا أدائها الفريدة تجعلها مادة أساسية لا غنى عنها في العديد من الصناعات. في مجال الطيران، شهدت المواد المركبة تحولًا كبيرًا من الهياكل المحامل غير -الأولى-إلى الهياكل المحملة الرئيسية الحالية-. في صناعة الأجنحة وجسم الطائرة، على سبيل المثال، لم يؤد استخدام المواد المركبة إلى تقليل وزن الطائرة بشكل كبير فحسب، بل أدى أيضًا إلى تحسين قوتها الهيكلية ومتانتها بشكل كبير. وفي مجال صناعة الدفاع، تلعب المواد المركبة أيضًا دورًا حيويًا. يتم استخدام المركبات المدرعة الخفيفة والطائرات الشبح والصواريخ والقذائف وغيرها من المعدات على نطاق واسع في المواد المركبة، وذلك بفضل قوتها العالية وكثافتها المنخفضة وأداء التخفي الجيد وغيرها من الخصائص، ويمكن أن تعزز بشكل فعال الفعالية القتالية وبقاء المعدات. في مركبات الطاقة الجديدة، وتخزين الطاقة، والطاقة الكهروضوئية وغيرها من المجالات الناشئة، أظهرت المواد المركبة أيضًا إمكانات كبيرة للتطبيق. في تصنيع مركبات الطاقة الجديدة، يمكن استخدام المواد المركبة في الجسم وهيكل البطارية وأجزاء أخرى من التصنيع، مما يساعد على تقليل وزن السيارة وتحسين المدى مع تعزيز سلامة وراحة السيارة. ومع التطور السريع لهذه المجالات، سيستمر الطلب في السوق على المواد المركبة في النمو، مما يوفر مساحة واسعة لتطوير معدات الطباعة المركبة ثلاثية الأبعاد.
3. 3بانوراما لسلسلة صناعة معدات الطباعة المركبة
3.1 مقياس السوق
3.1.1 تحليل حجم سوق الطباعة ثلاثية الأبعاد العالمية
وفقًا لبيانات تقرير "Metal AM" الصادر عن شركة VoxelMatters، وهي شركة بريطانية تركز على أبحاث صناعة الطباعة ثلاثية الأبعاد العالمية، بلغ حجم سوق الطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاد عالميًا في عام 2022 حوالي 2.861 مليار دولار أمريكي، منها حجم سوق الأجهزة والمواد والخدمات 1.476 مليار دولار أمريكي و398 مليون دولار أمريكي و987 مليون دولار أمريكي على التوالي، وهو ما يمثل نموًا عامًا-على-عام بنسبة 26%. من المتوقع أن يتجاوز سوق الطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاد العالمي 40 مليار دولار بحلول عام 2032، بمعدل نمو سنوي مركب قدره 30.3٪ في الفترة من 2022 إلى 2032. ويحدد التقرير أيضًا عشر شركات رائدة في مجال الطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاد عالميًا، وهي EOS، وSLM Solutions، و3D Systems، وDesktop Metal، وGE Additive، وBLT، وVelo3D، وDMG Mori، وTRUMPF، وHBD، والتي تلعب دورًا مهمًا في دفع التطوير والتوسع في السوق لتكنولوجيا الطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاد العالمية. والتوسع في السوق.
3.1.2 تحليل مقياس سوق الطباعة ثلاثية الأبعاد في الصين
في الصين، يُظهر سوق الطباعة ثلاثية الأبعاد حيوية قوية، والشركات الخمس الرائدة من حيث الحصة السوقية هي Luen Thai وStratasys وEOS وGE و3D Systems بترتيب حصة السوق، والتي لا يتجاوز أي منها 20٪، وهو ما يعكس التركيز المنخفض نسبيًا في الصناعة والمنافسة الشرسة في السوق، وفي الوقت نفسه يشير إلى الإمكانات الهائلة لتطوير الصناعة. في السنوات الأخيرة، اعتمدت شركات التصنيع الصينية بنشاط تكنولوجيا الطباعة ثلاثية الأبعاد لاستبدال عمليات الإنتاج الأصلية أو تحسينها، وبالتالي تعزيز ذكاء إنتاجها وتلبية الطلب الحكومي العاجل لتحويل وتحديث منتجات التصنيع في الصين. من حيث حجم السوق، أظهر حجم صناعة الطباعة ثلاثية الأبعاد في الصين اتجاهًا للنمو المطرد عامًا بعد عام، ومعدل نموها أسرع قليلاً من معدل النمو العالمي الإجمالي، مما يجعل صناعة الطباعة ثلاثية الأبعاد في الصين تمثل نسبة العالم تواصل الارتفاع.
في الوقت الحاضر، يتزايد حجم صناعة الطابعات ثلاثية الأبعاد في الصين عامًا بعد عام، ومعدل الزيادة أسرع قليلاً من معدل النمو العالمي الإجمالي، بحيث تتزايد نسبة الصناعة ثلاثية الأبعاد الصينية في العالم. وبالنظر إلى المستقبل، في ظل التطور السريع للطيران والسيارات والمعدات الطبية وغيرها من الصناعات، فإن الطلب في سوق الطابعات ثلاثية الأبعاد ضخم، وسيُظهر حجم السوق اتجاهًا للتوسع السريع.
3.2 3معدات الطباعة ثلاثية الأبعاد
3.2.1 FDM/FFF
تعتمد تقنية FDM (قولبة الترسيب المنصهر)، باعتبارها تقنية طباعة ثلاثية الأبعاد مستخدمة على نطاق واسع، على مبدأ تسخين المواد الخيطية وصهرها، ثم يتم بثقها وتكديسها طبقة تلو الأخرى بواسطة الفوهة وفقًا لمسار يتم التحكم فيه بواسطة الكمبيوتر-. أصبحت هذه التقنية واحدة من تقنيات الطباعة ثلاثية الأبعاد الأكثر استخدامًا على نطاق واسع في السوق في هذه المرحلة مع مزايا التكلفة المنخفضة للمعدات ومواد الطباعة، وعملية التحضير البسيطة وملاءمتها للطباعة على مجموعة واسعة من المواد، وقد أثبتت قيمتها التطبيقية الممتازة في العديد من المجالات.
تعد الطابعة المركبة Stratasys F370®CR FDM® طابعة ثلاثية الأبعاد عالية الأداء-. وهو يدعم طباعة مجموعة كبيرة من المواد-المركبة عالية القوة والمواد ذات الجودة الهندسية-، مثل ABS-CF10 وFDM Nylon-CF10، والتي يتم استخدامها لإنتاج أجزاء تتميز بالقوة والمتانة. تتميز الطابعة بوظيفة كثافة الأجزاء المتغيرة، والتي يمكنها ضبط الكثافة الهيكلية داخل الجزء بمرونة وفقًا لمتطلبات الاستخدام المختلفة للجزء، وذلك لتحسين استخدام المواد وتقليل هدر المواد في ظل فرضية ضمان أداء الجزء. تتيح مساحة البناء الكبيرة (355 مم × 254 مم × 355 مم) إمكانية طباعة أجزاء كبيرة لإنتاج -تركيبات وتركيبات وأدوات تصنيع عالية القوة. بالإضافة إلى ذلك، تتمتع الماكينة بالقدرة على التفاعل مع أنظمة تنفيذ التصنيع لإدارة عملية الإنتاج ومراقبتها رقميًا، مما يؤدي إلى تحسين الإنتاجية ودقة الإدارة.
تم تصميم طابعات Mark Two وFX20 من Markforged للبوليمرات المقواة بألياف الكربون المستمرة-، وهي ميزة تصميم تمنحها ميزة كبيرة في المناطق التي تكون فيها قوة الأجزاء وخفة الوزن أمرًا بالغ الأهمية. الطابعات قادرة على الطباعة على مجموعة واسعة من المواد، بما في ذلك اللدائن الحرارية والنايلون وألياف الكربون المستمرة، ومن خلال الطباعة على مجموعة من هذه المواد، من الممكن الاستفادة الكاملة من خصائص المواد المختلفة لتحسين أداء الجزء. على سبيل المثال، في مجال الطيران لتصنيع بعض الأجزاء، يمكن أن يضمن استخدام الطابعة القوة الهيكلية للأجزاء في نفس الوقت، مما يقلل وزنها بشكل كبير، ويحسن كفاءة استهلاك الوقود وأداء الطائرة. في مجال روبوتات الخدمة، تتمتع هذه الطابعات أيضًا بمجموعة واسعة من التطبيقات، ويمكنها تصنيع مكونات هيكلية خفيفة الوزن وعالية القوة- للروبوتات، وتقليل الوزن الإجمالي للروبوت، وتحسين أداء حركته وكفاءة استخدام الطاقة، وذلك لتحقيق الأهداف المزدوجة المتمثلة في تقليل التكلفة وتحسين الأداء. سلسلة Markforged: بما في ذلك طرازات Mark2 وX7، باستخدام ألياف الكربون القصيرة- الممزوجة بعملية التلبيد بالليزر المطلية بمسحوق النايلون، المناسبة لصناعة الطيران. عملية التلبيد بالليزر، مناسبة للفضاء والسيارات والمجالات الطبية وغيرها.
تمثل الأنظمة الروبوتية من Arevo Labs و9T Labs تطبيقات مبتكرة لتقنية FDM لتصنيع الأشكال الهندسية المعقدة. تستخدم هذه الأنظمة روبوتات ذات ستة-محاور لطباعة مركبات الألياف القصيرة-ومركبات CF/PA12 بكفاءة وتصنيع أشكال هندسية معقدة على الأسطح المنحنية. على سبيل المثال، يعمل النظام الآلي الذي طورته Arevo Labs لطباعة مركبات PEEK/CF على زيادة سرعة الحركة والدقة العالية- في التحكم في الحركة للروبوت المكون من ستة-محور لوضع مواد الطباعة بدقة في مساحات معقدة ثلاثية الأبعاد- لتمكين تصنيع الأجزاء ذات الأسطح المنحنية المعقدة والهياكل الداخلية. تتخطى هذه التقنية قيود معدات الطباعة ثلاثية الأبعاد التقليدية في تصنيع الأشكال الهندسية، مما يوفر حلاً جديدًا تمامًا لتصنيع بعض الأجزاء الخاصة في مجال الطيران وتصنيع السيارات ومجالات أخرى. 9أثبتت T Labs القدرة على وضع مواد مركبة CF/PA12 على الأسطح المنحنية، كما توفر أيضًا الدعم الفني لتصنيع الأجزاء الهيكلية المنحنية ذات-متطلبات الأداء العالي، كما هو الحال في تصنيع شفرات المحركات الهوائية-والسيارات محاور العجلات والمكونات الأخرى.
تعد عملية CF3D™ الخاصة بالمركبات المستمرة تقنية ثورية للطباعة ثلاثية الأبعاد للألياف المستمرة. تلغي هذه العملية الفريدة الحاجة إلى قوالب أو أفران باهظة الثمن، مما يقلل بشكل كبير من تكاليف الإنتاج وتعقيد المعدات عن طريق استخدام الروبوتات الصناعية للطباعة على الألياف الجافة وتشريبها بالراتنج في-الموقع. تنطبق هذه التقنية على تصنيع -ألياف متواصلة عالية الأداء مثل ألياف الكربون من الدرجة -الفضائية، أو الألياف الزجاجية، أو ألياف البولياميد العطرية، والتي يمكنها إطلاق العنان لمزايا الأداء الميكانيكي لهذه -الألياف عالية الأداء، وتصنيع الأجزاء المركبة ذات القوة العالية والصلابة العالية. على سبيل المثال، في تصنيع المكونات الهيكلية في صناعة الطيران، يمكن استخدام عملية CF3D™ لإنتاج مكونات خفيفة الوزن وعالية القوة{10} مثل الأجنحة وإطارات جسم الطائرة، والتي يمكن أن تلبي المتطلبات الصارمة للمكونات عالية الأداء وخفيفة الوزن في صناعة الطيران.
بالإضافة إلى المعدات المذكورة أعلاه، هناك العديد من معدات تكنولوجيا FDM الأخرى التي تلعب دورًا مهمًا في مجالات تخصصها. على سبيل المثال، يمكن للطابعة Ultimaker+ 3D الطباعة باستخدام مواد مركبة تحتوي على جزيئات نيتريد السيليكون، والتي تتميز بالصلابة العالية ومقاومة التآكل ويمكن استخدامها لتصنيع الأجزاء ذات متطلبات مقاومة التآكل العالية، مثل الأجزاء المقاومة للتآكل- في الآلات الصناعية، والقوالب، وما إلى ذلك. وتطبع الطابعة Zmorph 2.0 3D باستخدام معاجين سيراميكية، يمكنها تصنيع أجزاء ذات خصائص سيراميك خاصة، مثل الأجزاء المقاومة للحرارة-. من ناحية أخرى، تستخدم طابعات Zmorph 2.0 3D معاجين السيراميك لطباعة الأجزاء ذات خصائص السيراميك الخاصة، مثل الأجزاء الخزفية المقاومة لدرجات الحرارة العالية-والتآكل-، والتي لها تطبيقات محتملة في الصناعات الكيميائية والإلكترونية. غالبًا ما يتم دمج هذه الأجهزة مع برامج{11}مفتوحة المصدر (مثل Blender وUltimaker Cura) لتصميم النماذج وطباعتها. يتيح تطبيق البرامج مفتوحة المصدر- للمستخدمين أن يكونوا أكثر مرونة في إعدادات معلمات الطباعة وتصميم النماذج، مما يقلل من حد الاستخدام ويعزز التطبيق واسع النطاق والتطوير المبتكر لتقنية FDM.
3.2.2 اتفاقية مستوى الخدمة
تعد تقنية -قولبة المعالجة بالضوء (SLA)-تقنية طباعة ثلاثية الأبعاد عالية الدقة، حيث يتمثل مبدأها في خلط مونومرات البوليمر الحساسة للضوء مع جزيئات أو ألياف معززة، وتحت إشعاع أطوال موجية محددة من الضوء فوق البنفسجي، يقوم البادئ الضوئي بتشغيل مونومرات البوليمر للخضوع لتفاعل بلمرة ضوئي سريع-، والذي يحولها بسرعة من الحالة السائلة إلى الحالة الصلبة، وبعد ذلك يتم يتم تكديسها فوق طبقة أخرى وفقًا للمسار المخطط، مما يؤدي في النهاية إلى تشكيل المنتجات ثلاثية الأبعاد-المرغوبة.
تتمتع تقنية SLA بدقة عالية جدًا، ويمكنها إنتاج أجزاء ذات دقة أبعاد عالية للغاية وجودة سطح أملس، ولديها مجموعة واسعة من التطبيقات في المجالات التي تتطلب دقة عالية جدًا، مثل المجوهرات والقوالب الدقيقة والمعدات الطبية وغيرها من الصناعات. في صناعة المجوهرات، يمكن لتقنية SLA طباعة نماذج مجوهرات معقدة ورائعة بدقة لصبها أو معالجتها لاحقًا لتوفير عينات دقيقة، والتي يمكن أن تقصر بشكل كبير تصميم المجوهرات ودورة الإنتاج، مع تحسين جودة المنتج وحرية التصميم. فيما يتعلق بتصنيع القوالب الدقيقة، يمكن لتقنية SLA إنتاج -قلوب وتجويفات عالية الدقة للقالب لضمان دقة الأبعاد وجودة سطح القالب، وبالتالي تحسين جودة واتساق المنتجات المقولبة بالحقن. بالنسبة لتصنيع الأجهزة الطبية، مثل الأطراف الاصطناعية للأسنان، وقذائف المعينات السمعية وغيرها من الأجهزة الطبية الصغيرة، يمكن لتقنية SLA إنتاج منتجات تناسب البنية الفسيولوجية البشرية بدقة عالية، مما يحسن استخدام الأجهزة الطبية والراحة.
ومع ذلك، فإن تقنية SLA لها أيضًا بعض القيود. في الوقت الحاضر، أنواع مصفوفة راتنجات البوليمر المناسبة للمعالجة بالضوء محدودة نسبيًا، مما يحد إلى حد ما من تطبيق هذه التقنية في مجال متطلبات أداء المواد المختلفة. نظرًا لمحدودية نوع مصفوفة الراتنج، فقد لا تكون قادرة على تلبية متطلبات بعض الأجزاء الخاصة فيما يتعلق بالخصائص الميكانيكية للمادة، ومقاومة الحرارة، والاستقرار الكيميائي والجوانب الأخرى. بالإضافة إلى ذلك، عند إضافة تقوية الألياف القصيرة أثناء عملية الطباعة، من المحتمل أن تحدث مشاكل في تسوية الألياف، مما قد يؤدي إلى بنية داخلية غير متساوية للمادة المركبة، مما يؤثر على اتساق الأداء واستقرار جودة الأجزاء المطبوعة. ومن أجل التغلب على هذه القيود، يستكشف الباحثون باستمرار مواد راتنجية حساسة للضوء وتقنيات تقوية الألياف لتوسيع نطاق تطبيق تقنية SLA وتحسين جودة الطباعة.
3.2.3 LDM/DIW
تقنية الكتابة بالحبر المباشر (DIW): هي تقنية بثق تستخدم لتصنيع أجزاء مطبوعة ثلاثية الأبعاد من السيراميك والمعادن وغيرها من المواد الدقيقة. معدات DIW ميسورة التكلفة ومناسبة للنماذج الأولية السريعة من قبل المصممين. تقنية الكتابة بالحبر المباشر (DIW)، والمعروفة أيضًا باسم قولبة ترسيب السائل (LDM)، هي تقنية بثق فريدة للطباعة ثلاثية الأبعاد.
المواد الخام المستخدمة في تقنية LDM/DIW عبارة عن مركبات في شكل محاليل أو معاجين أو مواد هلامية مائية بدرجة معينة من السيولة، والتي يتم معالجتها وتشكيلها عن طريق التسخين اللاحق- أو المعالجة بالأشعة فوق البنفسجية (UV) أو إضافة مكونات نشطة.
الميزة الكبيرة لهذه العملية هي القدرة على إنتاج أجزاء ذات تدرجات وظيفية وتركيبية. في بعض سيناريوهات التطبيقات الخاصة، مثل تصنيع المفاصل الاصطناعية في مجال الطب الحيوي وتصنيع أجهزة المواد المتدرجة الوظيفية في المجال الإلكتروني، تكون الأجزاء ذات تركيبات المواد المختلفة أو تدرجات الأداء مطلوبة لتلبية المتطلبات الوظيفية للأجزاء المختلفة. يمكن لتقنية LDM/DIW التحكم بدقة في كمية البثق ونسبة الخلط لأحبار المواد المختلفة أثناء عملية الطباعة. ومع ذلك، لا ينبغي إضافة ألياف ذات نسب أبعاد كبيرة ومحتوى عالي لتجنب انسداد رأس الطباعة أثناء عملية الطباعة.
3.2.4 SLS/SLM
تلبيد الليزر الانتقائي (SLS)، هو طريقة طباعة ثلاثية الأبعاد تستخدم الحرارة الناتجة عن الليزر لدمج المساحيق بشكل انتقائي. باستخدام خليط من مصفوفة البوليمر وألياف التعزيز للمسحوق، بحيث يكون الليزر وفقًا للنموذج ثلاثي الأبعاد للشكل المقطعي - للمسحوق في منطقة معينة من التسخين، ونقطة انصهار مسحوق البوليمر المنخفض نسبيًا، وربط المصفوفة والتعزيز لتحقيق مكونات المركب. تعد دقة السطح العالية وسهولة إزالة هياكل الدعم وإعادة تدوير المواد من مزايا صب SLS. ومع ذلك، فإن مشكلة هذه الطريقة هي أن كثافة المادتين في المسحوق المختلط عادة ما تكون مختلفة، مما يكون عرضة لظاهرة الترسيب ويجعل تركيبة المنتج غير موحدة. بالإضافة إلى ذلك، لدى SLS متطلبات صارمة بشأن حجم الجسيمات للمادة الخام، وبالتالي فإن الاستخدام العام للألياف القصيرة بطول 20-250 ميكرومتر، والخصائص الميكانيكية للمادة المركبة قد تحسنت بشكل محدود.
4 التطوير المستقبلي
يدفع التطور التكنولوجي صناعة المواد المركبة إلى فتح فرص جديدة في سوق النقل الجوي. تتطلب خدمات-المقصورات الجوية بين المدن (سوق AAM) التي تستخدم جميع-طائرات eVTOL الكهربائية التي يصل مداها حوالي 150 كيلومترًا-أجزاء مركبة عالية الأداء، حيث ستلعب تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد دورًا رئيسيًا. على الرغم من أن عددًا قليلاً فقط من الشركات تتمتع حاليًا بتمويل جيد-، إلا أن إمكانات السوق هائلة، حيث من المتوقع أن يتم تشغيل الآلاف من الكابينة الهوائية بحلول عام 2030، مما يخلق مساحة سوقية للمعدات المركبة المطبوعة ثلاثية الأبعاد.
تلعب المركبات أيضًا دورًا مهمًا في تصنيع الطائرات الكبيرة، على سبيل المثال، تستخدم طائرة C919 على نطاق واسع مجموعة متنوعة من المواد المركبة، بما في ذلك راتنجات الإيبوكسي المقوية -المرتكزة على T800-الدرجة العالية-مركبات ألياف الكربون، ومركبات الألياف الزجاجية، ومواد قرص العسل الأراميد، وشفرات المروحة المركبة من ألياف الكربون-، ومكونات التوربينات المركبة القائمة على السيراميك-. وقد أدت هذه التطبيقات إلى تحسين أداء الطائرات وأظهرت أهمية المواد المركبة في صناعة الطائرات الكبيرة. مع تطور التكنولوجيا وزيادة متطلبات الأداء والدقة والموثوقية للأجزاء المركبة، توفر تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد حلاً فعالاً وعالي الجودة.
أدى التقدم في تكنولوجيا الطباعة ثلاثية الأبعاد إلى تعزيز تطبيقها في مجال المواد المركبة. وقد أدى البحث والتطوير للمواد الجديدة إلى إثراء أنواع المركبات المطبوعة ثلاثية الأبعاد وتعزيز أدائها؛ أدى تحسين عمليات الطباعة، مثل الطباعة بتسخين الميكروويف والطباعة ثلاثية الأبعاد بمساعدة الموجات فوق الصوتية، إلى تحسين سرعة الطباعة وجودة المنتجات؛ كما أدى ابتكار تكنولوجيا الفوهات، مثل الفوهة المتعددة - والفوهة العالية -}، إلى تحسين دقة المنتجات وتعقيدها. أدى نضج التكنولوجيا وتوسيع نطاق السوق إلى تقليل تكلفة معدات الطباعة ثلاثية الأبعاد، ويمكن لعدد أكبر من الشركات والمؤسسات البحثية تحمل تكلفة معدات الطباعة المركبة ثلاثية الأبعاد، مما يعزز تطبيقها على نطاق واسع.
تُظهر معدات الطباعة المركبة ثلاثية الأبعاد سحرها وقيمتها الفريدة والقوي في سياق التطور التكنولوجي السريع. تغطي سلسلة الصناعة من الاختيار الدقيق وتوريد المواد الخام في المراحل الأولية، إلى تصنيع وتحسين الأجهزة الأساسية ومعدات التشغيل المساعدة وأنواع مختلفة من معدات الطباعة ثلاثية الأبعاد في منتصف الطريق، إلى التطبيق الواسع في العديد من المجالات مثل الطيران والسيارات والإلكترونيات الطبية والاستهلاكية في المراحل النهائية، والتي شكلت نظامًا بيئيًا صناعيًا كاملاً ومغلقًا.
في مجال التطبيقات، لعبت معدات الطباعة ثلاثية الأبعاد دورًا لا يمكن الاستغناء عنه في العديد من مجالات التصنيع المتطورة. في مجال الطيران، فهو يساعد الطائرة على تحقيق أداء خفيف الوزن وعالي؛ وفي مجال تصنيع السيارات، فهو يعزز تطوير السيارات في اتجاه التخصيص والذكاء؛ في مجال العلاج الطبي، فهو يوفر دعمًا قويًا للعلاج الطبي الشخصي والدقيق.
ومع ذلك، لا تزال معدات الطباعة المركبة ثلاثية الأبعاد على المستوى الفني تواجه تحديات مثل تحسين أداء المواد وكفاءة الطباعة وتحسين معايير الجودة. التكلفة العالية تحد أيضًا من تعميمها. بالإضافة إلى ذلك، فإن النقص في المتخصصين متعددي التخصصات يحد أيضًا من تطوير الصناعة. في المستقبل، سيكون الابتكار المادي وتكامل التكنولوجيا وتوسيع التطبيقات هو الاتجاه الرئيسي للتنمية. سيؤدي البحث والتطوير للمواد المركبة الجديدة إلى توسيع مجالات التطبيق، وستندمج تكنولوجيا الطباعة ثلاثية الأبعاد مع الذكاء الاصطناعي والبيانات الضخمة وإنترنت الأشياء وغيرها من التقنيات لتحسين جودة الطباعة وكفاءتها. وفي الوقت نفسه، ستعمل الطباعة ثلاثية الأبعاد على توسيع نطاق تطبيقها في مجالات البناء والطاقة والثقافة والإبداع، وتعزيز الابتكار وتطوير الصناعات ذات الصلة.
المصدر: "رابطة صناعة المركبات الصينية"