ما الفرق بين القوالب المطبوعة ثلاثية الأبعاد وقوالب الألومنيوم؟

مقدمة: يُصنع نحو 80% من الأجزاء البلاستيكية باستخدام قالب الحقن البلاستيكي. ولطالما عُدت القولبة بالحقن عملية الإنتاج الكمي الوحيدة، لكن ابتكار التقنيات الصناعية جعل القولبة السريعة بالحقن ليست الطريقة الوحيدة لتطوير القوالب.

تقلل أنظمة CAD/CAM/CAE من وقت التصميم والتحقق. بالإضافة إلى ذلك، تم إنشاء أنواع جديدة من القوالب. تتنافس قوالب حقن الألومنيوم وقوالب الطباعة ثلاثية الأبعاد على سوق التصنيع. ما الفرق بينهما؟ ما القالب الذي سيجعل منتجك أكثر كفاءة؟

بالطبع، أنت تريد أن تصنع نماذج أولية أسرع وأرخص وتبدو جيدة قدر الإمكان. لنقارن بين الألومنيوم وما هي الاختلافات بين قوالب الحقن المطبوعة ثلاثية الأبعاد.

قوالب مطبوعة ثلاثية الأبعاد

ما هو القالب المطبوع ثلاثي الأبعاد؟

الطباعة ثلاثية الأبعاد هي عملية استخدام ملفات رقمية لإنشاء أجسام ثلاثية الأبعاد. أولاً، يقوم برنامج الكمبيوتر ثلاثي الأبعاد بتقطيع الأجزاء إلى طبقات رقمية. على منصة البناء، تقوم آلية التغذية بترسيب المواد وفقًا للطبقات الرقمية ضمن نطاق محدد، بينما يقوم مصدر الحرارة بضبط الشكل. تتم معالجة البيانات لبناء نموذج عن طريق إضافة المواد باستمرار.

ما هي المواد المستخدمة في قوالب الطباعة ثلاثية الأبعاد؟

تعتبر مواد الطباعة ثلاثية الأبعاد مهمة جداً لتقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد. المواد هي ما يجعل الطباعة ثلاثية الأبعاد ممكنة. في الوقت الحالي، المواد الرئيسية المستخدمة في الطباعة ثلاثية الأبعاد هي المواد البلاستيكية الهندسية والراتنجات الحساسة للضوء والمواد المطاطية والمواد المعدنية والمواد الخزفية. هناك أيضًا مواد غذائية مثل مواد الجبس الملون، ووجبة العظام الاصطناعية، والمواد الخام البيولوجية الخلوية، والسكر التي تُستخدم في الطباعة ثلاثية الأبعاد.

صُنعت هذه المواد خصيصًا لآلات وعمليات الطباعة ثلاثية الأبعاد. فهي ليست مثل البلاستيك العادي والجبس والراتنجات وغيرها. فهي تأتي في أشكال مختلفة مثل المسحوق والخيوط والصفائح والسائل وما إلى ذلك. عادةً ما يتراوح حجم جسيمات مواد المسحوق المستخدمة في الطباعة ثلاثية الأبعاد بين 1 و100 ميكرومتر، اعتمادًا على نوع الطابعة وظروف الطباعة. يجب أن يكون المسحوق مستديرًا جدًا حتى يتدفق جيدًا.

ما هي فوائد استخدام القوالب المطبوعة ثلاثية الأبعاد؟

  مرونة التصميم

عند الطباعة ثلاثية الأبعاد، لا داعي للقلق بشأن أشياء مثل التركيبات وتداخل الأدوات. يمكنك التصميم من أجل الوظيفة، بما في ذلك قنوات الحمل الحراري والهياكل المتكاملة والميزات المعقدة. يمكنك أيضًا تحسين الشكل لتقليل الوزن، وتبسيط التصنيع، وتحسين استخدام المواد، وحل مشاكل الأجزاء التي يصعب تصنيعها آليًا، وحل مشاكل التشوه بعد التصنيع الآلي، وإنشاء أشكال لا يمكن صنعها بالطرق التقليدية.

لا تحتاج الطباعة ثلاثية الأبعاد إلى قوالب، ولا تحتاج إلى تشبيك. ليس عليك صنع الكثير من الأجزاء لدفع ثمن القوالب باهظة الثمن. يمكنك صنع بضعة أجزاء، أو حتى جزء واحد. يمكن أن تقلل اقتصاديات الإنتاج منخفض الحجم من تكلفة تغييرات التصميم أثناء تطوير الطائرات المدنية.

يمكنك التنبؤ بالوقت الذي ستستغرقه طباعة جزء ثلاثي الأبعاد ومقدار تشوهه بناءً على التصميم. يمكنك التنبؤ بالتشوه وضبطه عن طريق تغيير نموذج التصميم. مع تحسن تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد وتقنية الدعم، يمكنك التحكم في المدة التي تستغرقها الطباعة ثلاثية الأبعاد لطباعة جزء ما ومدى جودة الجزء ودقة الجزء. وهذا يعني أنه يمكنك قياس شكل الجزء والتحكم فيه عند تصميم وتصنيع طائرة مدنية بالطباعة ثلاثية الأبعاد.

تقليل التجميع.

يحل استخدام الطباعة ثلاثية الأبعاد لصنع أجزاء متكاملة محل المنتجات التي تحتاج إلى تجميعها من عدة أجزاء. ويوفر ذلك عمليات النقل والتجميع وتركيب أدوات التثبيت واللحام وغيرها من العمليات الخاصة بالأجزاء المتعددة. كما أنه يقلل من تكلفة تصنيع الأجزاء من خلال التخلص من خطوط الإنتاج الزائدة عن الحاجة.

في مرحلة التصميم المبكرة للطائرات، عادةً ما يستغرق الأمر بضع عشرات من الساعات فقط من وقت صنع نموذج ثلاثي الأبعاد على الكمبيوتر إلى الوقت الذي يكون لديك جزء مادي. لا يتعين عليك انتظار صنع قالب. هذا يعني أنك لست مضطرًا لانتظار صنع قالب جديد إذا قمت بتغيير شكل الجزء. يمكنك إجراء تغييرات على تصميم الجزء بشكل أسرع ويمكنك صنع أجزاء جديدة بشكل أسرع.

ما هي مشاكل استخدام الطباعة ثلاثية الأبعاد لصنع القوالب؟

إذا لم تكن دقة القالب المطبوع ثلاثي الأبعاد عالية، فستكون هناك طبقات على السطح، مما سيؤثر على استخدام القالب. لاحقًا، يلزم إجراء معالجة ميكانيكية أو سفع رملي لإزالة هذه الطبقات.

ومن الناحية الفنية، تختلف طريقة بناء الأجزاء طبقة تلو الأخرى بالمواد عن الطرق التقليدية للتشكيل أو الصب. وتختلف البنية المجهرية، وأنواع العيوب، والإجهادات المتبقية، وقابلية الفحص، ومتطلبات ما بعد المعالجة، والأداء الهيكلي والمتانة للمواد المنتجة عن تلك الخاصة بالطرق التقليدية.

بالنسبة للأجزاء المعقدة، قد لا تمثل قيم تصميم المواد الأداء الفعلي للهيكل، ومن الضروري التحقق من أن المادة والعملية تؤثران معًا على الأداء الهيكلي من خلال اختبارات هيكلية أعلى من مستوى قطعة الاختبار.

إن عملية التصنيع بالطباعة ثلاثية الأبعاد معقدة للتحكم فيها. فهي تستخدم تصنيع الطبقات وعمليات التصنيع طبقة تلو الأخرى. لا يمكن أن تكون جودة الوصلات بين الطبقات موحدة مثل الأجزاء المطروقة بدقة.

تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد محدودة بسبب مبادئ التشكيل المتأصلة فيها. تحتوي الأجزاء المصنوعة بتقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد، وخاصةً الأجزاء المعدنية، على عيوب تصنيع داخلية، بما في ذلك الفراغات والشقوق الدقيقة وضعف الانصهار وغيرها من العيوب.

يكون حجم هذه العيوب بشكل عام أقل من 20 ميكرومتر، أي أقل من عتبة طرق الاختبار العامة غير المدمرة، وهذه العيوب هي مصادر لبدء التشقق، مما يؤثر بشكل خطير على أداء التعب للهيكل، ومن الصعب التحكم الدقيق في عملية الطباعة ثلاثية الأبعاد، فهناك العديد من العوامل التي تؤثر على جودة العملية، بدءًا من البرامج والأجهزة الخاصة بالمعدات نفسها إلى مواد التشكيل وعمليات التشكيل.

تُظهر الممارسة الهندسية أن العوامل الرئيسية التي تؤثر على دقة الطباعة ثلاثية الأبعاد هي التحكم الميكانيكي، ومعالجة بيانات النموذج، وخصائص المواد، والتحكم في معلمات التشكيل. تتحكم هذه العوامل في كمية المواد المضافة، وحجم وحدة الطباعة ثلاثية الأبعاد، ودقة حركة النظام، والتي تحدد دقة الجزء في اتجاه التراكم والحد الأدنى من قدرة تصنيع الميزة للجزء.

يتطلب تحسين دقة الطباعة ثلاثية الأبعاد تقليل كمية المواد المضافة، والتحكم في حجم وحدة الطباعة ثلاثية الأبعاد، وتحسين دقة حركة النظام. ومع ذلك، يصعب تحسين هذه القدرات في الأبحاث قصيرة المدى.

قوالب الألومنيوم

ما هي خصائص قوالب الألومنيوم؟

وتتمثل الخصائص الرئيسية لقوالب الألومنيوم في خفة الوزن، والقدرة العالية على التحميل، وأوقات دوران عالية. أثناء عملية البناء، فهي تتميز بجودة البناء العالية والدقة والثبات وسهولة التركيب وفترات البناء القصيرة التي يمكن أن توفر التكاليف.

وتتمثل أوجه القصور فيها في: عدم وجود صيانة وتعديل في الموقع، كما أن التهيئة الكاملة مطلوبة. لديها قدرة ضعيفة على التكيف مع التغييرات الهيكلية، كما أن تكلفة المشاريع ذات التغييرات الكثيرة مرتفعة. عندما لا تكون المعالجة السطحية جيدة، تتفاعل سبائك الألومنيوم كيميائياً مع الخرسانة، مما يؤثر على مظهر الخرسانة. تكون مثبتات قوالب الألومنيوم عرضة للتعارض مع تخطيط خط الأنابيب.

ما هي مزايا قوالب الألومنيوم؟

بعض النماذج الأولية ليس لها أي تأثير ميكانيكي أو وظيفي، في حين أن البعض الآخر يحتاج إلى الاستخدام. تعمل النماذج الأولية قبل الإنتاج والهجينة والوظيفية. لذلك، تحتاج إلى جودة وقوة جيدة. الألومنيوم هو المعدن المفضل لأنه يتمتع بخصائص رائعة.

يمكن للنماذج الأولية المصنوعة من الألومنيوم التعامل مع درجات الحرارة القصوى بشكل أفضل من الخيارات الأرخص مثل البلاستيك. لذا، فهي أقل عرضة للتدهور أثناء عملية التصنيع.

سواء كنت تستخدم الطباعة ثلاثية الأبعاد أو تقنية التصنيع باستخدام الحاسب الآلي، فإن النماذج الأولية المعدنية تبدو أفضل. بالإضافة إلى ذلك، حتى لو كانت نماذج أولية غير وظيفية، فإنها تبدو أفضل من الأجزاء البلاستيكية.

تعتبر النماذج الأولية المصنوعة من الألومنيوم والأجزاء المعدنية أرخص بكثير مقارنةً بالأجزاء البلاستيكية. ويرجع ذلك إلى أن الخصائص الفيزيائية للمعدن تقلل من تكرار استبدال الأجزاء. وهذا يقلل من تكاليف التصنيع على المدى الطويل.

تتميز النماذج الأولية التي تنتجها عمليات مثل التصنيع باستخدام الحاسب الآلي بدقة عالية. بالإضافة إلى ذلك، تتمتع سبائك الألومنيوم بجودة ممتازة ويمكنها إنتاج أجزاء لفحص السوق.

بمجرد أن يقوم المهندسون بإنشاء نموذج أولي من الألومنيوم، يمكن للعملاء استخدامه للإنتاج. من الأسهل تحويل النماذج الأولية المعدنية إلى منتجات نهائية. ومع ذلك، إذا كان النموذج الأولي مصنوعًا من البلاستيك، فلا يمكن تحويله إلى معدن للإنتاج بكميات كبيرة.

ما هي حدود قوالب الألومنيوم؟

نظرًا لطبيعة القوالب المصنوعة من الألومنيوم اللينة، فإن عمر خدمة قوالب الألومنيوم محدود، خاصةً عند خضوعها لعمليات التشكيل بالضغط العالي أو المواد الكاشطة.

يتميز الألومنيوم بمقاومة أقل للحرارة. قد يحد هذا القيد من أنواع المواد التي يمكن استخدامها أثناء عملية التشكيل، حيث تتطلب بعض المواد درجات حرارة أعلى مما يمكن أن يتحمله الألومنيوم.

الفرق بين الطباعة ثلاثية الأبعاد وقوالب الألومنيوم

ما هي الاختلافات بين الطباعة ثلاثية الأبعاد وقوالب الألومنيوم؟

تختلف طريقتا التصنيع والقولبة بين الاثنين. تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد هي تقنية تستخدم مواد لاصقة مثل مسحوق المعدن أو البلاستيك لطباعة وبناء الأجسام طبقة تلو الأخرى. ويتم تحقيق ذلك باستخدام طابعة مواد ذات تقنية رقمية. ومن خلال التراكم والإضافة شيئاً فشيئاً، تتم طباعة العمل النهائي. بالنسبة لتصنيع قوالب الألومنيوم، يتم استخدام برنامج النمذجة ثلاثية الأبعاد لرسم رسومات القوالب، ويتم تحقيق تأثير التشكيل من خلال التعديلات المستمرة.

دقة دقة الاثنين مختلفة. تتضمن دقة دقة الطباعة ثلاثية الأبعاد العديد من العوامل. دقة الطابعة ثلاثية الأبعاد، وجودة المواد المختارة، ودقة رسومات النموذج ثلاثي الأبعاد، كلها تحدد دقة المنتج. تعتمد دقة دقة قوالب الألومنيوم بشكل أساسي على احتياجات المستخدم الفعلية لتأكيد الدقة.

وقت التحول هو الوقت بين بداية تطوير القالب والوقت الذي يكون فيه الجزء جاهزًا للإنتاج. تختلف طرق التصميم والحسابات الخاصة بالقالبين في الواقع، ولكن مرحلة التصنيع هي التي تحدث فيها تغييرات كبيرة.

تُصنع قوالب الألومنيوم من فراغات الألومنيوم باستخدام التصنيع باستخدام الحاسب الآلي وعمليات التشطيب. في بعض الحالات، يلزم إجراء عمليات تفريغ كهربائي إضافية (EDM) إذا كان التجويف يجب أن يحتوي على زوايا حادة لا يمكن الحصول عليها عن طريق الطحن. وعادةً ما تكون المعالجة عادةً معالجة ميكانيكية بشكل أساسي، ولا يلزم إجراء معالجة حرارية، ولا يلزم تقريبًا أي أدوات متخصصة. يتم إنتاج قالب الألومنيوم المتوسط في 10 إلى 15 يومًا.

يتم إنشاء القوالب المطبوعة ثلاثية الأبعاد باستخدام عملية تصنيع مضافة لتلبيد المعادن. يتم تلبيد العديد من المساحيق المعدنية الدقيقة معًا طبقة تلو الأخرى لتشكيل تجويف قالب الحقن. وتتمثل الميزة الرئيسية لهذه العملية في أنها تتطلب القليل من التحضير للتصنيع ولا تحتاج إلى أدوات. ومتوسط الوقت اللازم لإنشاء مثل هذا القالب هو 2-3 أيام فقط.

الثبات هو في الأساس هو عدد الأجزاء التي يمكن أن يصنعها القالب قبل أن يصبح قديمًا جدًا. من المهم معرفة ذلك إذا كنت تريد صنع دفعة من المنتج.

تُصنع أدوات الألومنيوم من مواد أكثر ليونة، ولكن بعض سبائك الألومنيوم قوية للغاية. وهذا يعني أن القالب يمكن أن يصنع ما يصل إلى 5000 قطعة. المتوسط هو 100-2000 نسخة.

القوالب المطبوعة ثلاثية الأبعاد هي الأسوأ من حيث الثبات. هناك الكثير من المشاكل مع غرف التلبيد. فهي مسامية وليست قوية مثل الفراغات الصلبة. الآن، يمكن للتجويفات المطبوعة ثلاثية الأبعاد صنع دفعات من 50 إلى 200 جزء.

زمن الدورة هو الوقت الذي يستغرقه إنتاج جزء واحد. وهو مجموع زمن الحقن وزمن التبريد وزمن الطرد. وقت الحقن هو الوقت الذي يستغرقه ملء القالب بالبلاستيك. زمن التبريد هو الزمن الذي يستغرقه البلاستيك حتى يبرد ويتصلب. وزمن الطرد هو الوقت المستغرق لإزالة الجزء من القالب.

تستغرق دورة القوالب المصنوعة من الألومنيوم من 44-70 ثانية. وهذا أمر مثير للإعجاب عندما نبدأ الحديث عن آلاف القطع، أما القوالب المطبوعة ثلاثية الأبعاد فتستغرق دورة القوالب من 150 إلى 250 ثانية.

تعد جودة الجزء من أهم العوامل. ففي النهاية، سيكون هذا الجزء بمثابة جزء لا يتجزأ من آلية أكبر وقد يتم تقديمه للمستثمرين في المستقبل. يجب أن يبدو الجزء احترافيًا.

تعتمد دقة قوالب حقن الألومنيوم فقط على القدرة على معالجتها وصقلها. ومع ذلك، تعتمد دقة القوالب المطبوعة ثلاثية الأبعاد على عملية التصنيع المضافة. تتضمن عملية التصنيع الإضافي ذوبان المواد وتبريدها، ويمكن أن يؤدي التشوه الحراري إلى تقليل الدقة بشكل كبير. يمكن للتكنولوجيا الحديثة إنتاج تجاويف القوالب المصنوعة من الصلب والألومنيوم بتفاوتات تصل إلى IT6، بالإضافة إلى القوالب المطبوعة ثلاثية الأبعاد بتفاوتات تصل إلى IT9.

المرونة أمر بالغ الأهمية مع النماذج الأولية قبل الإنتاج عندما تختبر فقط كيف سيبدو المنتج النهائي وكيف سيعمل. بمجرد الانتهاء من وضع النماذج الأولية باستخدام مواد معينة، ستحتاج إلى اختبار المواد التي اخترتها في البداية لمنتجك، بالإضافة إلى اختبار إجراءات التصنيع الخاصة بك.

في معظم الأحيان، ستواجه بعض المشاكل التي ستجعلك تعدل التصميم. على سبيل المثال، أثناء اختبارات التشغيل، تم اكتشاف بعض العيوب أو نتج عن عملية الحقن أجزاء مسامية. هذا عندما تريد تغيير التصميم وكذلك القالب. مواد القوالب المختلفة لها مرونة مختلفة

تُصنع قوالب الألومنيوم من مواد أكثر ليونة، وعادةً ما يتم تصنيع تجاويفها كأجزاء منفصلة تتناسب مع قاعدة القالب. لذلك، من الأسهل بكثير إزالة التجويف وإجراء التعديلات.

يعد تعديل القوالب المطبوعة ثلاثية الأبعاد أمرًا صعبًا لأنه يتطلب تصنيع أجزاء من التجويف، وستكون تشطيبات السطح غير متساوية لأن التصنيع الآلي يوفر تشطيبًا أفضل للسطح. من الأسهل إعادة تشكيل القالب بالكامل، وهو ما لا يستغرق الكثير من الوقت، ولكنه يجلب معه النفقات الإضافية غير المرغوب فيها للنماذج الأولية والاختبار المسبق للسلسلة.

الخاتمة

تم إنشاؤها في الأصل كطريقة للنماذج الأولية السريعة، والمعروفة أيضًا باسم التصنيع الإضافي، وقد تطورت الطباعة ثلاثية الأبعاد لتصبح عملية تصنيع حقيقية. تُمكِّن الطابعات ثلاثية الأبعاد المهندسين والشركات من إنتاج نماذج أولية ومنتجات للاستخدام النهائي في وقت واحد، مما يوفر مزايا كبيرة مقارنة بعمليات التصنيع التقليدية.

وباختصار، تشمل الاختلافات الرئيسية بين القوالب المطبوعة ثلاثية الأبعاد وقوالب الألومنيوم طرق تصنيع مختلفة، ودقة قوة مختلفة، وأوقات تحول مختلفة، وثبات مختلف، وأوقات تصنيع مختلفة، ودقة مختلفة للجزء وتشطيبات سطحية مختلفة، ومرونة مختلفة.

احصل على أسعار تنافسية وملاحظات DFM وجدول الإنتاج من فريق ZetarMold الهندسي.

اطلب عرض سعر مجاني ← راجع دليلنا الشامل لقولبة الحقن للحصول على نظرة عامة متكاملة.