ما المواد الداعمة المستخدمة في SLS المعدني، وهل إزالتها صعبة؟
من منظور هندسي، يشير ما يُعرف عادةً باسم “الطباعة المعدنية بتقنية SLS” عمليًا إلى عمليات دمج طبقات المسحوق المعدني بالليزر، مثل الطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاد بتقنية DMLS أو التصنيع الإضافي المعدني بتقنية SLM. على عكس تقنية SLS للبلاستيك، تعتمد هذه العمليات على دعامات معدنية تُبنى من نفس مسحوق المعدن المستخدم في تصنيع الجزء نفسه. هذه الدعامات ضرورية للتحكم الحراري وتقليل التشوه، لكنها تضيف عبئًا كبيرًا في مرحلة الإزالة والمعالجة اللاحقة.
أنواع الدعامات المستخدمة في الطباعة المعدنية بتقنية SLS
تستخدم تقنيات دمج طبقات المسحوق المعدني عدة أنواع من الدعامات: دعامات صلبة للأجزاء ذات البروزات الكبيرة، دعامات شبكية أو “مصفوفة” تجمع بين الصلابة وسهولة الإزالة، ودعامات إبرية أو شجرية للميزات الدقيقة. جميعها تُبنى طبقة تلو الأخرى من نفس السبيكة المعدنية، وتشكل رابطة معدنية متكاملة مع الجزء.
تبدأ عملية البناء على لوحة قاعدة سميكة، وتُدمج الطبقات الأولى من المكون والدعامات مباشرة في هذه القاعدة. بعد اكتمال الطباعة وإزالة المسحوق الزائد، يتم قطع الجزء مع الدعامات عن لوحة القاعدة — عادة باستخدام منشار شريطي أو سلك EDM — ليبدأ بعدها الفنيون إزالة الشبكة الداعمة.
لماذا تعتبر الدعامات المعدنية ضرورية
في العمليات المعدنية، لا تُستخدم الدعامات لأسباب هندسية فقط، بل أيضًا للحفاظ على الاستقرار الحراري والبنية المجهرية. الأجزاء ذات الزوايا المنخفضة (أقل من 45° من لوحة البناء)، والجدران الرقيقة، والجسور الطويلة يمكن أن تتشوه أو تتشقق دون تثبيت صلب. تعمل الدعامات كمبددات حرارية، تنقل الحرارة بعيدًا عن بركة الانصهار وتقلل الإجهادات المتبقية التي قد تسبب تشوهًا أو انفصال الطبقات.
بالنسبة للسبائك عالية الأداء مثل Inconel 718، تتعرض المكونات لأحمال حرارية شديدة، ما يجعل تصميم الدعامات أمرًا حاسمًا. غالبًا ما نتعامل مع الدعامات كجزء من النموذج الهندسي نفسه: نضبطها من حيث الصلابة ونمط التلامس والكثافة خلال مرحلة الإعداد للطباعة، ثم نُحسنها عبر عدة تكرارات لتحقيق توازن بين موثوقية الطباعة وجهد الإزالة.
ما مدى صعوبة إزالة الدعامات؟
إزالة الدعامات في الطباعة المعدنية (SLS/DMLS) أصعب بكثير من نظيرتها في الطباعة البوليمرية. فالدعامات هنا معدنية صلبة ومتصلة بنيويًا بالقطعة، ولا يمكن ببساطة تنظيفها أو إذابتها. تعتمد الصعوبة على صلابة السبيكة وشكل الدعامة وسهولة الوصول إليها.
أولاً، يُفصل الجزء عن لوحة القاعدة، ثم تُزال الدعامات الكبرى باستخدام المناشير، أو الأزميل، أو أدوات القطع الكربيدية، أو أدوات الكشط. بالنسبة للأسطح الدقيقة، نستخدم بيئة تشغيل CNC لإزالة بقايا الدعامات بدقة إلى نقاط مرجعية مضبوطة. أما الأسطح الحاسمة مثل أسطح الإغلاق أو الفتحات الدقيقة، فتُنهي باستخدام الطحن الدقيق CNC لضمان الاستدارة وجودة السطح.
حتى بعد الإزالة الميكانيكية، قد تبقى بقايا صغيرة أو مناطق متأثرة بالحرارة. عادة تُزال هذه عبر التلميع والجلخ أو السفع الرملي أو التشطيب اليدوي المحلي. أما القنوات الداخلية المعقدة فقد تكون إزالة الدعامات منها شبه مستحيلة، لذلك يجب تجنب الحاجة إلى دعامات داخلية أثناء التصميم.
استراتيجيات التصميم لتقليل جهد إزالة الدعامات
لجعل إزالة الدعامات أكثر سهولة، نصمم الجزء واتجاه طباعته معًا. يمكن تقليل كمية الدعامات عبر توجيه الجزء لتقليل الزوايا المنخفضة، أو إضافة ميزات ذاتية الدعم (مثل الأسقف بزاوية 45° بدلاً من الأسطح الأفقية المسطحة)، أو تقسيم النموذج إلى أجزاء فرعية متعددة.
كما نُفضل وضع مناطق التلامس مع الدعامات على أسطح غير وظيفية أو على مناطق سيتم تشغيلها لاحقًا باستخدام تشغيل CNC للنماذج الأولية. هذا يضمن إزالة أي آثار للدعامات أثناء التشغيل، مما يحافظ على جودة السطح في المناطق الحساسة. في كثير من المشاريع المخصصة، نعتبر الطباعة المعدنية خطوة شبه نهائية، تليها عمليات تشغيل CNC لتحقيق الشكل النهائي والتشطيب المطلوب.
وباختصار، لا تستخدم الطباعة المعدنية بتقنية SLS مواد دعم قابلة للذوبان أو الإزالة السهلة؛ بل هي دعامات معدنية هيكلية تتطلب القطع والتشغيل والتشطيب للإزالة. ومع التصميم المدروس ودمج عمليات التصنيع الإضافي والتقليدي، يمكن التحكم في تأثيرها، لكنها تبقى جزءًا أساسيًا من الجهد التصنيعي الكلي.
