أنتجت ORNL وبوينغ قالبًا مركبًا للطائرات بوزن طنين باستخدام WAAM

الطباعة ثلاثية الأبعاد بتقنية WAAM تُختبر في قطاع الطيران كإحدى الطرق البديلة لإنتاج القوالب المعدنية الكبيرة. أنتج مختبر أوك ريدج الوطني (ORNL)، التابع لوزارة الطاقة الأمريكية، وبوينغ قالب Stamp Form Die يزن نحو طنين باستخدام التصنيع الإضافي بالقوس السلكي، وذلك للمساهمة في برنامج HiCAM التابع لناسا. ويشير هذا المثال إلى إمكانية تقييم الطباعة ثلاثية الأبعاد ليس فقط لإنتاج النماذج الأولية الصغيرة، بل أيضًا لإنتاج قوالب التصنيع الكبيرة.

قالب سيُستخدم في تصنيع أبواب الطائرات

يبلغ مقاس القالب الذي أُنتج في إطار التعاون بين ORNL وبوينغ نحو 6 × 4 feet، وهو مصنوع من الفولاذ. وتخطط بوينغ لاستخدام هذا القالب في إنتاج أبواب الطائرات المصنوعة من اللدائن الحرارية. وتُصنع هذه الأجزاء بتشكيل البلاستيك المُسخّن بين قالبين. أما مبادرة HiCAM التابعة لناسا، فتشمل أعمالًا تهدف إلى زيادة سرعة إنتاج أجزاء الطائرات المركبة.

يمكن إعداد هذه الأنواع من القوالب تقليديًا باستخدام أساليب مثل التشغيل بإزالة المواد، والصب، والتشكيل بالطرق، والحفر. والسؤال الذي يختبره الباحثون هنا هو ما إذا كانت الطباعة ثلاثية الأبعاد قادرة على إنتاج قالب ذي قنوات حرارية مضبوطة بسرعة أكبر أو بتكلفة أقل أو بسهولة أكبر. ولا يُعد هذا الخبر نتيجة إنتاج متسلسل تثبت أن الطريقة حققت هذه الأهداف بشكل قاطع، بل هو مثال على تعاون بحثي يدرس بديلًا لإنتاج القوالب.

لماذا اختيرت طريقة WAAM؟

يعتمد النظام الذي استخدمته ORNL على التصنيع الإضافي بالقوس السلكي (WAAM)، حيث يُصهر السلك المُغذّى بواسطة قوس كهربائي وتُضاف المادة طبقة تلو الأخرى. وتوفر هذه العملية، التي تستخدم ذراعًا روبوتية وشعلة لحام، نهجًا مناسبًا لإنتاج الأشكال المعدنية الكبيرة. وتشير ORNL أيضًا إلى أن النظام يستطيع تغذية عدة أسلاك معدنية معًا، ما يتيح استخدام مواد مختلفة ضمن التصميم نفسه.

في القالب المُعدّ لبوينغ، استُخدم الفولاذ الطري في المناطق الهيكلية لتحقيق القوة والصلابة، بينما استُخدم الفولاذ المقاوم للصدأ على سطح القالب لمقاومة التآكل وتوفير خصائص مناسبة لسطح العمل. ويُظهر التصميم متعدد المواد أن استخدام المعدن نفسه في كل جزء من القطعة ليس أمرًا ضروريًا. لكن تقييم الفائدة الفعلية يتطلب مقارنة مدة الإنتاج، والحاجة إلى المعالجة اللاحقة، وعمر القالب، وأدائه في ظروف التشغيل مع القوالب التقليدية. فإنتاج قطعة كبيرة بطريقة التصنيع الطبقي لا يلغي الحاجة إلى التشغيل والفحص البُعدي بعد ذلك. وتكتسب عوامل مثل شكل سطح القالب، وجودة المناطق الملامسة للقطعة، وكيفية إدارة الحرارة خلال العملية أهمية خاصة عند الاستخدام النهائي. لذلك، ينبغي عند اختيار طريقة الإنتاج النظر إلى دورة حياة القطعة كاملة، لا إلى مرحلة الطباعة وحدها.

ما الذي يمكن أن تستفيده ورش FDM؟

تُعد WAAM عملية صناعية تستخدم سلكًا معدنيًا وقوسًا كهربائيًا، وليست التقنية نفسها المستخدمة في الطباعة المكتبية بتقنية FDM. ومع ذلك، يحمل هذا المثال رسالة مشتركة لفرق الإنتاج: ينبغي أن يحدد حجم القالب ووظيفته وظروف التحميل طريقة التصنيع. فبينما يُدرس ترسيب المعدن لإنتاج قالب كبير وثقيل، قد تكون FDM خيارًا أسهل في المتناول لإنتاج أداة تجميع، أو غلاف، أو نموذج أولي مريح الاستخدام، أو تجهيز مساعد منخفض التحميل. وفي الحالتين، من المهم تصميم القطعة وفقًا لسيناريو استخدامها والتحقق منها قبل الإنتاج.

• حدّد الوظيفة أولًا: هل المطلوب إنتاج قالب، أم أداة فحص، أم نموذج أولي؟
• قيّم الحجم والحمل معًا: الحجم الكبير وحده لا يجعل التصنيع الإضافي الخيار المناسب.
• خذ المعالجة اللاحقة وعمر الاستخدام في الحسبان: تؤثر المعالجة والصيانة بعد الطباعة في قرار الإنتاج الإجمالي.

يمكنك تقييم احتياجاتك من القطع والنماذج الأولية القابلة للإنتاج بتقنية FDM ضمن خدمة الطباعة ثلاثية الأبعاد؛ كما يمكنك الاستفسار عن أسعار الطباعة ثلاثية الأبعاد الاقتصادية باستخدام ملف التصميم الخاص بك. ويمكن أيضًا تحميل الملف وحساب سعر الطباعة ثلاثية الأبعاد فورًا. ولمقارنة المواد وظروف الاستخدام في القطع الهندسية، يمكنك الاطلاع على خيارات الطباعة باستخدام المواد الهندسية، وكذلك الدليل الذي يشرح تأثير اتجاه الطباعة في متانة القطعة خلال مرحلة التصميم.