هل يمكن لطباعة SLS المعدنية إنتاج أجزاء معقدة بتجاويف داخلية، وكيف يُزال المسحوق؟
من منظور هندسي وتصنيعي، تُعد القدرة على إنتاج أجزاء معقدة ذات تجاويف داخلية واحدة من أهم مزايا تقنية التحلب الانتقائي بالليزر للمعادن (Metal SLS)، والمعروفة أيضًا باسم التحلب المعدني المباشر بالليزر (DMLS) أو دمج المساحيق المعدنية بالليزر (LPBF). تميز هذه القدرة التقنية بشكل جذري عن طرق التصنيع الطَرحي التقليدية وحتى العديد من العمليات الأخرى.
القدرة على تحقيق تعقيد هندسي غير مسبوق
نعم، تقنية SLS المعدنية مناسبة للغاية لإنتاج أجزاء تحتوي على تجاويف داخلية معقدة. تُبنى المكونات طبقةً تلو الأخرى عبر صهر المسحوق المعدني باستخدام الليزر، ويعمل المسحوق غير المنصهر كدعم طبيعي للجزء أثناء الطباعة. يسمح ذلك بإنشاء ميزات هندسية معقدة مثل القنوات الداخلية، والهياكل الشبكية، والبروزات، والأجزاء المجوفة التي يستحيل تصنيعها عبر التشغيل أو الصب في عملية واحدة. وتُعد هذه الميزة بالغة الأهمية في تطبيقات مثل:
قنوات التبريد المدمجة (Conformal Cooling): في قوالب الحقن أو قوالب الصب، يمكن لتقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد DMLS إنشاء قنوات تبريد تتبع شكل التجويف بدقة، مما يقلل زمن الدورة ويحسن جودة المنتج.
تخفيف الوزن (Lightweighting): تُستخدم الهياكل الشبكية الداخلية في مكونات الطيران والفضاء لتقليل الوزن مع الحفاظ على الصلابة البنيوية.
تحسين تدفق السوائل: تُتيح التقنية تصنيع مشعبات داخلية وفوهات ذات مسارات انسيابية مثالية للوقود أو الهواء أو السوائل الهيدروليكية في أنظمة السيارات وتوليد الطاقة.
عملية إزالة المسحوق – خطوة حرجة في التصنيع
بينما يمكّن المسحوق غير المنصهر من تحقيق هذا التعقيد، فإن إزالته تمثل خطوة حرجة وصعبة في مرحلة ما بعد المعالجة. ولذلك تُعد استراتيجية إزالة المسحوق جزءًا أساسيًا من مرحلة التصميم.
تصميم مخصص لإزالة المسحوق: العامل الأهم هو دمج ثقوب خروج المسحوق أثناء التصميم. يجب أن تكون التجاويف الداخلية متصلة بالسطح الخارجي عبر ثقوب تسمح بتدفق المسحوق إلى الخارج. حجم وموقع هذه الثقوب أمر حاسم — ويجب وضعها في النقاط المنخفضة أو عند التقاطعات لتسهيل الإخلاء الكامل.
الإزالة الأولية للمسحوق: بعد اكتمال الطباعة وإزالة الجزء من منصة البناء، يُزال المسحوق يدويًا باستخدام أدوات مثل الفرش والأدوات الدقيقة وهواء الضغط. تتطلب الأجزاء المعقدة عناية فائقة لتجنب تلف الميزات الدقيقة، وقد تكون العملية طويلة ومجهدة.
طرق الإزالة المتقدمة: للأجزاء ذات التجاويف المعقدة حيث يمكن أن يُحتجز المسحوق، تُستخدم تقنيات متقدمة مثل:
التنظيف بالموجات فوق الصوتية: يُغمر الجزء في محلول تنظيف وتُستخدم الاهتزازات الصوتية عالية التردد لتفكيك وإخراج المسحوق العالق من الأسطح الداخلية. تُعد هذه الطريقة فعالة جدًا وشائعة الاستخدام.
التلميع الاهتزازي: لبعض المكونات، يمكن أن يساعد الاهتزاز الخفيف مع وسائط خاصة في إخراج بقايا المسحوق، رغم أن هذا الأسلوب يُستخدم عادة لإزالة الزوايا الحادة أو تحسين السطح.
الطرق العدوانية: في بعض الحالات تُستخدم تقنيات مثل السفع الرملي أو التلميع الكهربائي، لكنها عادةً تُعد خطوات تشطيب نهائية أكثر من كونها لإزالة المسحوق بكميات كبيرة.
التحقق من الإخلاء الكامل: من الضروري التأكد من إزالة كل المسحوق، خاصة في المكونات التي تحتوي على قنوات للسوائل. تُستخدم تقنيات مثل الفحص بالمنظار أو التصوير المقطعي بالأشعة السينية (CT) للتحقق من خلو القنوات الداخلية بالكامل.
الإرشادات الهندسية والقيود
حجم الفتحات وسهولة الوصول: هناك حد عملي لصغر حجم ثقوب خروج المسحوق. الثقوب الصغيرة جدًا يمكن أن تنسد بسهولة، لذلك يُوصى دائمًا بتصميم أكبر فتحات ممكنة.
خطر احتباس المسحوق: رغم الحرص في التصميم، قد تبقى مساحات مغلقة أو مسارات طويلة ضيقة تحبس المسحوق بشكل دائم، ما قد يضيف كتلة غير مرغوبة أو يؤثر على الخصائص الحرارية أو يسبب تلوثًا أثناء الاستخدام.
تكامل المعالجة اللاحقة: إزالة المسحوق ليست سوى خطوة واحدة. غالبًا ما تحتاج هذه الأجزاء أيضًا إلى معالجة حرارية لتخفيف الإجهاد وتحسين الخصائص، كما تتطلب الأسطح الدقيقة تشغيل CNC لتحقيق الأبعاد النهائية والدقة المطلوبة.
وباختصار، تُعد تقنية SLS المعدنية لا مثيل لها في قدرتها على تصنيع أجزاء ذات هندسة داخلية معقدة، لكن نجاحها يعتمد على منهجية تصميم تركز على إمكانية إزالة المسحوق، وعلى سير عمل متكامل يضمن نظافة التجاويف الداخلية واستعدادها لأداء وظيفتها بكفاءة.
