1. مقدمة في الطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاد وتقنية DED

لقد أحدث التصنيع بإضافة المعادن (AM) ثورة في التصنيع التقليدي من خلال تمكين إنتاج هياكل معقدة وعالية الأداء كان من المستحيل تحقيقها في السابق. كما أنها فتحت آفاقاً جديدة لتطوير مواد مبتكرة من السبائك، خاصةً السبائك الفائقة. وقد اكتسب تطوير المواد المعدنية المتقدمة باستخدام تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد اعترافًا أكاديميًا كبيرًا، مع نشر العديد من نتائج الأبحاث المهمة في مجلات رفيعة المستوى مثل العلوم و الطبيعة.

2. تطوير السبائك الفائقة التقليدية: التحديات التقنية

يجب أن تمتلك السبائك الفائقة مزيجًا من القوة العالية والمقاومة الممتازة للحرارة والمقاومة الفائقة للتآكل، وهو ما يتطلب تحكمًا دقيقًا في تركيبة السبيكة. تواجه طرق التصنيع التقليدية العديد من التحديات:

• تعقيد التحكم في العمليات: ينطوي تصنيع السبائك الفائقة على ظروف قاسية مثل درجات الحرارة والضغوط العالية، مما يتطلب تحكمًا دقيقًا في معايير مثل درجة الحرارة والوقت والضغط.
• حدود دقة التصنيع: بينما تستطيع تقنيات التعلم الآلي الحديثة تصميم سبائك فائقة ذات نسب عناصر وبنى مجهرية معقدة، إلا أن تقنيات التصنيع التقليدية تكافح لتحقيق الدقة المطلوبة في التركيب والتحكم في البنية المجهرية.
• تكلفة التطوير وكفاءته: إن عملية التجربة والخطأ واستهلاك المواد ودورات التطوير الطويلة تجعل تقنيات التصنيع التقليدية أقل كفاءة وتكلفة.

3. طفرة ثورية مع تقنية DED

أشار البروفيسور تشينابات بانويسواس، وهو باحث كبير سابق في جامعة أكسفورد، إلى أن الطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاد، وخاصة تقنية الترسيب الموجه بالطاقة (DED)، أصبحت تقنية ثورية لتطوير السبائك الفائقة.

تشمل المزايا الرئيسية لتقنية DED ما يلي:

• مرونة متعددة المواد: يمكن أن تقدم DED مواد المسحوق والأسلاك في وقت واحد، مما يسمح بتغييرات ديناميكية في المواد أثناء عملية الطباعة.
• مواد متدرجة وظيفيًا: يعتبر DED مناسبًا بشكل خاص لإنشاء مواد متدرجة وظيفيًا حيث يتغير التركيب بشكل مستمر في جميع أنحاء الجزء.
• التحكم في العمليات في الوقت الحقيقي: يمكن ضبط المعلمات مثل معدل التغذية ومدخلات الطاقة ومسار الترسيب في الوقت الفعلي، مما يسمح بضبط خصائص المواد بدقة.

دراسات الحالة الناجحة:
في عام 2023، طوّر الفريق الذي يقوده البروفيسور ما في كلية ملبورن للفنون التطبيقية سبيكة تيتانيوم عالية القوة باستخدام تقنية DED، ونُشرت النتائج في الطبيعة. استخدم الفريق البحثي تقنية DED بالليزر مع مسحوق التيتانيوم النقي التجاري ومسحوق الحديد المتذرر بالماء ومسحوق TiO2. وربطت الدراسة بنجاح بين عملية التصنيع والبنية المجهرية للسبائك الجديدة وأدائها.

كما أكد مركز جلين للأبحاث التابع لوكالة ناسا أن الجمع بين العلوم الحاسوبية وتكنولوجيا الطباعة ثلاثية الأبعاد يمكن أن يقلل من دورات تطوير المواد من سنوات إلى أسابيع أو أشهر.

4. رأس الترسيب: جوهر تقنية DED

يلعب رأس الترسيب في تقنية DED دورًا حاسمًا في تطوير المواد الجديدة. فهو يشكل حوضًا منصهرًا باستخدام مصادر حرارة الليزر أو البلازما أو شعاع الإلكترون ويرسب المواد في شكل مسحوق أو سلك. يتم ترسيب المواد طبقة تلو الأخرى لإنشاء هياكل معقدة. يتحكم رأس الترسيب بدقة في عملية الذوبان والترسيب، مما يتيح التحكم الدقيق في البنية المجهرية للمادة وأدائها.

5. الابتكارات المحلية في تكنولوجيا DED

في عام 2024، قامت شركة Greenstone-Tech، بالتعاون مع جامعة نانجينغ للعلوم والتكنولوجيا، بتطوير تقنية ثورية متعددة الحزم متكاملة ومتعددة الحزم للترسيب الموجه بالليزر الموجه بالطاقة بالليزر المحوري، والتي تجمع بين 13 عامًا من الخبرة في مجال التصنيع المضاف القوسي. هذا الاتجاه الجديد في تكنولوجيا الترسيب الموجه بالليزر الموجه بالليزر نظام الأجهزة الهجين متعدد القوس الليزري المحوري متعدد القوس الليزري-يمثل طفرة عالمية.

أبرز الابتكارات:

• تقنية المركبات المتعددة: يجمع بين 6 وحدات ليزر مستقلة مع مصدر حرارة قوسي لتحسين التحكم.
• توصيل المسحوق والأسلاك في نفس الوقت: يسمح بتغذية متزامنة للمسحوق والأسلاك لتعزيز ترسيب المواد.
• نظام الحماية المزدوج من الغازات: يضمن حماية فعالة للمواد أثناء الترسيب.

ابتكارات تحضير المواد:

• التحكم الدقيق في التركيب الدقيق: يضمن التحكم المستقل في أنظمة تغذية الأسلاك والمسحوق بشكل مستقل دقة تركيب المواد.
• التصنيع عالي الإنتاجية: تمكن من الإنتاج السريع لكميات كبيرة من مواد مختلفة التركيب أو متدرجة التركيب أو متدرجة التركيب.
• السبك في الموقع: يسمح بالتشكيل المباشر للسبائك أثناء عملية الطباعة، مما يلغي الحاجة إلى المعالجة الحرارية بعد المعالجة.
• تصنيع المواد المتدرجة: يتيح إنشاء مواد ذات تركيبات متدرجة التدرج المستمر.
• المواد المعززة بالنانو: يضمن تشتت موحد للجسيمات النانوية، مما يعزز أداء المواد.

مزايا العملية:

• تبسيط عملية التصنيع وزيادة كفاءة الإنتاج.
• تقليل تكاليف التصنيع وتسريع عملية التسويق التجاري.
• يحسن توافق المواد ودقة التصنيع.

6. التوقعات التكنولوجية

مع استمرار تطور تكنولوجيا الطباعة ثلاثية الأبعاد الهجينة المحورية متعددة الليزر/القوس ومتعددة الأنماط بالليزر المتعدد والمحوري، من المتوقع أن تقدم سبائك ومواد مركبة جديدة ذات مجموعات أداء غير مسبوقة، بما في ذلك قوة أعلى ومقاومة فائقة للتآكل والتآكل واستقرار حراري ممتاز. وتلتزم شركة Greenstone-Tech بتطوير التطوير الذكي والآلي لهذه التكنولوجيا، وتوفير حلول أكثر مرونة وكفاءة لصناعات إعداد المواد والتصنيع والاستجابة السريعة لمتطلبات السوق.