التصنيع باستخدام الحاسب الآلي مقابل الطباعة ثلاثية الأبعاد SLS

تُولي صناعة التصنيع اليوم أهمية بالغة لتقنيات التصنيع باستخدام الحاسب الآلي (CNC) والطباعة ثلاثية الأبعاد بتقنية SLS. وقد أصبحت هذه التقنيات أساسية في تصنيع القطع. تتميز هذه التقنيات بدقتها وتعدد استخداماتها، حيث تُنحت المواد بدقة فائقة مع تحقيق تصاميم معقدة. وقد أصبحت هذه الطريقة التصنيعية الطرحية ضرورية لإنتاج قطع معدنية وبلاستيكية عالية الجودة في مجموعة واسعة من الصناعات.

الطباعة ثلاثية الأبعاد بتقنية SLS (التلبيد الانتقائي بالليزر) هي شكل من أشكال التصنيع الإضافيتُبنى الأجسام طبقةً تلو الأخرى، مما يُمكّن من تصنيع قطع ذات أشكال مُعقدة. يصعب أو يستحيل تصنيعها بالطرق التقليدية. يُعدّ التصنيع باستخدام الحاسب الآلي (CNC) مثاليًا للإنتاج الضخم، إذ يتميز بالمتانة والدقة. أما الطباعة ثلاثية الأبعاد بتقنية SLS، فهي لا تُضاهى في إنشاء النماذج الأولية وتخصيص القطع، حيث تُوفر مرونة وكفاءة عاليتين. تُوفر هاتان التقنيتان معًا مجموعةً كاملةً من خيارات التصنيع لمعالجة القطع. سيُوضح لك Yonglihao Machinery الفرق بين هاتين العمليتين.

ما هي الآلات ذات التحكم الرقمي؟?

التصنيع باستخدام الحاسب الآلي (CNC)، والمعروف أيضًا بالتصنيع باستخدام التحكم الرقمي الحاسوبي، هو عملية تصنيع طرحية. يُنتج التصنيع باستخدام الحاسب الآلي قطعًا دقيقة عن طريق إزالة المواد من الفراغات باستخدام أدوات قطع يتم التحكم فيها بدقة بواسطة الكمبيوتر. يتميز التصنيع باستخدام الحاسب الآلي بموثوقيته ودقته، حيث يُمكنه إنتاج قطع دقيقة ذات تحمّلات دقيقة. لذلك، يُعد التصنيع باستخدام الحاسب الآلي مناسبًا لصنع نماذج أولية، وكذلك الإنتاج الضخم.

كيف تعمل الآلات ذات التحكم الرقمي

تتضمن عملية التصنيع باستخدام الحاسب الآلي عدة خطوات مهمة، تبدأ بالتصميم وتنتهي بالقطعة النهائية. أولًا، يستخدم المهندسون أدوات التصميم بمساعدة الحاسوب (CAD) لإنشاء نموذج ثنائي أو ثلاثي الأبعاد للقطعة المطلوبة. ثم يُستخدم برنامج التصنيع بمساعدة الحاسوب (CAM) لتحويل ملف CAD إلى تعليمات، تُعرف بتعليمات آلة G-code.

عند اكتمال التحضير، يُرسل الكود G إلى آلة CNC. تستخدم آلة CNC بعد ذلك أدوات قطع مختلفة لقطع المادة الخام. تعمل آلة CNC على محاور متعددة، عادةً ثلاثة أو أربعة أو خمسة، مما يُساعدها على إنتاج أشكال معقدة بدقة. تتحكم محركات متدرجة أو محركات سيرفو في كل محور، مما يُؤدي إلى حركة وقطع دقيقين.

آلات CNC الشائعة ووظائفها

هناك أنواع مختلفة من الأدوات المستخدمة في ماكينات التحكم الرقمي بالكمبيوتر (CNC). كل نوع منها مصمم لمهمة وغرض محدد. فيما يلي بعض الأنواع الأكثر شيوعًا:

• ماكينة طحن CNCهذه آلة تستخدم أداة دوارة لقطع المواد. تُعد ماكينات الطحن ذات التحكم الرقمي (CNC) مثالية لصنع أجزاء دقيقة ذات أشكال معقدة، وتُستخدم غالبًا في الصناعات التي تتطلب دقة عالية.
• مخرطة CNCتُنتج المخرطة قطعًا بتدوير المواد واستخدام أدوات القطع. تُعد مخرطة CNC مثالية لصنع القطع الأسطوانية، ولذلك تحظى بشعبية كبيرة في صناعات السيارات والطيران.
• مثاقب CNC:تتخصص مثاقب CNC في حفر ثقوب بأقطار دقيقة. وتُستخدم عادةً مع أدوات CNC أخرى لتصنيع قطع تتطلب دقة في وضع الثقوب.
• ماكينات الطحن CNCتستخدم ماكينات الطحن CNC عجلات الطحن لتنعيم الأجزاء المعدنية. وهي ضرورية لتصنيع الأسطح التي تحتاج إلى تنظيف، مثل الأدوات الطبية وقطع غيار السيارات.
• آلات القطع بالبلازما والليزرتستخدم آلات القطع بالبلازما غازًا مؤينًا لقطع المعادن. أما آلات القطع بالليزر، فتستخدم شعاعًا ضوئيًا موجهًا لإجراء قطع عالية الدقة. تُستخدم هذه الأدوات عادةً لمعالجة الصفائح المعدنية، مما يسمح بتصاميم دقيقة مع تقليل كمية المواد المستخدمة.

بالإضافة إلى هذه الأنواع، تتميز ماكينات CNC بقدرات محاور مختلفة. وهذا يؤثر بشكل كبير على تعقيد القطع التي يمكن تصنيعها. تشمل التكوينات القياسية ما يلي:

• آلات ثلاثية المحاور:تتحرك هذه الآلات في اتجاهات X وY وZ. وهي مناسبة لصنع أجزاء بسيطة.
• آلات ذات 4 محاور:تحتوي هذه الآلات على جزء دوار إضافي، عادةً على طول المحور X، ويمكنها إنشاء أشكال أكثر تعقيدًا.
• آلات ذات 5 محاور:تتمتع هذه الآلات بالقدرة على التحرك في جميع المحاور الخمسة، مما يسمح بتصنيع الأجزاء المعقدة بدقة ومرونة عالية.

ما هي الطباعة ثلاثية الأبعاد؟

تُعرف الطباعة ثلاثية الأبعاد أيضًا باسم عملية التصنيع الإضافي. وهي طريقة لإنشاء منتجات بإضافة تصاميم رقمية طبقة تلو الأخرى. تُمكّن هذه التقنية من إنتاج أشكال معقدة يصعب إنشاؤها باستخدام طرق التصنيع التقليدية.

بدأت الطباعة ثلاثية الأبعاد في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT) في أواخر ثمانينيات القرن الماضي. واليوم، تطورت لتشمل مجالات عديدة، مُغيرةً بذلك طريقة صنع النماذج الأولية. إضافةً إلى ذلك، تُطوّر الطباعة ثلاثية الأبعاد بسرعة تصاميم مُخصصة في مجالات مثل الرعاية الصحية، والسيارات، والإلكترونيات.

بخلاف التصنيع باستخدام الحاسب الآلي، الذي يتطلب إزالة المواد لتشكيل قطعة، تُقلل الطباعة ثلاثية الأبعاد من النفايات باستخدام المواد اللازمة فقط. هذه القدرة ومهارة الطباعة ثلاثية الأبعاد في إنشاء أشكال معقدة تجعلها أداة مهمة لإنشاء النماذج الأولية وإنتاج كميات صغيرة من القطع الفريدة دون عناء إضافي.

كيف تعمل الطباعة ثلاثية الأبعاد

تبدأ عملية الطباعة ثلاثية الأبعاد بإنشاء نموذج ثلاثي الأبعاد، عادةً باستخدام برنامج التصميم بمساعدة الحاسوب (CAD). كبديل، يمكن استخدام ماسح ضوئي ثلاثي الأبعاد لتحويل الجسم المادي إلى نموذج رقمي. بعد إنشاء النموذج، يُفحص بحثًا عن أي أخطاء، مثل الفجوات أو تداخل الأسطح، لأن هذه الأخطاء قد تؤثر على الطباعة النهائية.

بعد ذلك، يُعالَج النموذج باستخدام برنامج تقطيع. يُقسِّم هذا البرنامج النموذج إلى طبقات رقيقة ثنائية الأبعاد، تُنتَج كملف G-code. يُستخدَم هذا الملف كدليل للطابعة ثلاثية الأبعاد، حيث يُساعدها على إضافة المواد طبقةً تلو الأخرى. إضافةً إلى ذلك، تعتمد طريقة إضافة المواد في الطباعة ثلاثية الأبعاد على نوع التقنية المُستخدَمة، مثل FDM (نمذجة الترسيب المُندمج)، أو SLA (الطباعة الحجرية المُجسَّمة)، أو SLS (التلبيد الانتقائي بالليزر).

ما هي أنواع تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد المختلفة؟

هناك أنواع مختلفة من تقنيات الطباعة ثلاثية الأبعاد. لكل نوع أساليبه ومواده واستخداماته الخاصة:

• بثق الموادتستخدم هذه الطريقة مادة بلاستيكية ساخنة تُبث عبر فوهة لتكوين طبقات. تُستخدم غالبًا في التصنيع السريع للنماذج الأولية وقطع الغيار، كما هو الحال في قطاعي الإلكترونيات الاستهلاكية والسيارات.
• بلمرة الحوضتستخدم هذه العملية راتنجًا سائلًا يتصلب متحولًا إلى طبقة صلبة تحت تأثير الضوء. توفر بلمرة الحوض تفاصيل ممتازة، وتُستخدم عادةً في نماذج طب الأسنان والنماذج الطبية، بالإضافة إلى المجوهرات.
• ذوبان مسحوق السريرتستخدم هذه الطريقة شعاع ليزر أو شعاع إلكتروني لدمج المواد المسحوقة طبقةً تلو الأخرى. تُعد تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد هذه مثاليةً لمعالجة المعادن والمواد عالية القوة، ما يجعلها مثاليةً للاستخدام في قطاعات الطائرات والسيارات والقطاع الطبي.
• نفث المجلداتأولاً، تُرسَب مادة رابطة سائلة على طبقة من المسحوق. ثم تتصلب طبقة المسحوق لتُشكِّل القطعة النهائية. يُمكن استخدام نفث المادة الرابطة للمعادن والسيراميك والطين. ويُستخدم غالبًا لصنع القطع المعدنية، التي تُعالَج بعد ذلك لزيادة قوتها.
• نفث الموادتعتمد هذه التقنية على رش قطرات صغيرة من مادة تشبه الطباعة بالحبر. تتصلب هذه القطرات عند ترسبها. تشتهر هذه التقنية بإنشاء أسطح ناعمة وعالية الجودة، وتُستخدم عادةً في النمذجة التجريبية والطبية.
• ترسيب الطاقة المباشرة (DED)في هذه العملية، تُصهر المادة باستخدام طاقة موجهة، مثل الليزر أو شعاع الإلكترونات، أثناء ترسبها. تُستخدم تقنية الصهر العميق (DED) في مجالات مثل الدفاع والفضاء لتثبيت الأجسام في مكانها وتصنيع قطع معدنية كبيرة.
• تغليف الصفائحفي هذه الطريقة، تُدمج طبقات متعددة من المواد وتُقطع إلى أشكال ثلاثية الأبعاد. تُستخدم هذه الطريقة غالبًا لصنع قطع معدنية أو ورقية منخفضة التكلفة، خاصةً عندما لا تكون درجة النعومة مهمة.

الاختلافات الرئيسية بين التصنيع باستخدام الحاسب الآلي والطباعة ثلاثية الأبعاد SLS

تتكامل عمليات التصنيع باستخدام الحاسب الآلي والطباعة ثلاثية الأبعاد بتقنية SLS إلى حد ما. ولكلٍّ منهما مزايا فريدة تعتمد على الدقة والمواد والتعقيد المطلوبين.

الفرق الجوهري بين التصنيع باستخدام الحاسب الآلي (CNC) والطباعة ثلاثية الأبعاد بتقنية SLS هو الطريقة الأساسية المستخدمة في تصنيع القطع. التصنيع باستخدام الحاسب الآلي هو عملية طرح تبدأ بقطع دقيق لكتلة من المواد للحصول على المنتج النهائي. تتميز هذه الطريقة بدقتها العالية، حيث يمكنها تصنيع قطع من مواد متعددة، مثل المعادن والبلاستيك والمواد المركبة. وتتميز بإنتاج قطع متينة وعالية الجودة بتفاوتات دقيقة. على النقيض من ذلك، فإن الطباعة ثلاثية الأبعاد بتقنية SLS هي عملية إضافة تستخدم مواد مسحوقة لإنشاء القطع طبقة تلو الأخرى. تتميز هذه التقنية بمزايا كبيرة، إذ يمكنها إنشاء أشكال معقدة يصعب أو يستحيل تصنيعها عن طريق الطرح. كما أنها لا تحتاج إلى هياكل دعم، مما يتيح حرية أكبر في التصميم.

من حيث المواد، تعمل عمليات التصنيع باستخدام الحاسب الآلي والطباعة ثلاثية الأبعاد SLS مع مجموعة واسعة من الموادتتعامل ماكينات التحكم الرقمي بالحاسوب (CNC) بشكل رئيسي مع معادن مثل الألومنيوم والنحاس والفولاذ المقاوم للصدأ، ومع مواد بلاستيكية مثل ABS والبولي كربونات. الطباعة ثلاثية الأبعاد بتقنية SLS، بالإضافة إلى قدرتها على معالجة مجموعة واسعة من البلاستيك، يمكنها أيضًا معالجة مواد خاصة مثل النايلون والبولي يوريثان الحراري والسبائك المعدنية الفائقة.

التصنيع باستخدام الحاسب الآلي أكثر دقة وينتج أجزاءً أكثر سلاسة. التسامحات، ضمن نطاق +/- 0.005 مم. تتيح الطبيعة الطرحية لآلات CNC تشطيبات سطحية عالية الجودة، مما يجعلها مثالية للتطبيقات التي تتطلب نعومة سطحية عالية. قد يكون سطح الأجزاء المطبوعة بتقنية SLS ثلاثية الأبعاد حبيبيًا بعض الشيء، وذلك بسبب عملية التصنيع طبقة تلو الأخرى. تبلغ دقة هذه الأجزاء عادةً حوالي ± 0.1 مم. ومع ذلك، يمكن لتقنيات ما بعد المعالجة تحسين جودة سطح الأجزاء المطبوعة ثلاثية الأبعاد بشكل كبير، مما يُسهّل التشطيب النهائي بين التقنيتين.

مزايا التصنيع باستخدام الحاسب الآلي

بالإضافة إلى ذلك، تتميز ماكينات التحكم الرقمي بالكمبيوتر (CNC) بدقتها العالية ونعومة أسطحها. وهي ضرورية لقطاع التصنيع. يمكن الحفاظ على التفاوتات في حدود ± 0.005 مم، مما يضمن تصنيع القطع بدقة عالية. تُعد الدقة العالية ضرورية للتطبيقات التي تتطلب تركيبًا دقيقًا. كما أن ماكينات الطرح مُتحكم بها ويمكن التنبؤ بها. تنتج ماكينات التحكم الرقمي بالكمبيوتر تشطيبات ناعمة للغاية، ويمكن تصميم هذه التشطيبات لتناسب احتياجات محددة. هذه الدقة والجودة مفيدتان جدًا للصناعات، بما في ذلك صناعات الطيران والسيارات والأجهزة الطبية. في هذه الصناعات، تُعد موثوقية كل قطعة ووظيفتها أمرًا بالغ الأهمية.

تتميز ماكينات التحكم الرقمي بالكمبيوتر (CNC) بالمتانة والتنوع. فهي تُمكّن من تصنيع قطع متينة من معادن عديدة، مثل الألومنيوم والفولاذ المقاوم للصدأ والتيتانيوم. تُستخدم هذه المعادن غالبًا في بيئات عالية الضغط. كما تُعدّ ماكينات التحكم الرقمي بالكمبيوتر (CNC) مثالية لتصنيع قطع ذات أشكال معقدة، وممرات داخلية، وتفاوتات دقيقة. وتُعد هذه الميزات صعبة في عمليات أخرى. وتُعدّ هذه الخصائص أساسية لتصنيع قطع تتحمل أحمالًا ثقيلة وتعمل في ظروف قاسية. ويُعد هذا الأمر بالغ الأهمية في صناعات مثل الفضاء والسيارات، حيث تُعدّ السلامة والأداء من أهم العوامل.

مزايا الطباعة ثلاثية الأبعاد SLS

تُمكّن تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد SLS من تصنيع أجزاء ذات أشكال هندسية معقدة، وإنشاء تصاميم بسلاسة تتطلب عادةً هياكل دعم في عمليات التصنيع الإضافي الأخرى. كما أن الفوائد البيئية لطباعة SLS ثلاثية الأبعاد تجعلها مثالية للتصنيع المستدام. فالتصنيع الطرحي التقليدي يُنتج موادًا من كتلة صلبة، مما يُنتج عنه الكثير من النفايات. في المقابل، تستخدم SLS عملية إضافة، حيث تبني الأجسام طبقة تلو الأخرى، ولا تستخدم المواد إلا عند الحاجة. تُنتج هذه الطريقة نفايات قليلة. ويمكن غالبًا إعادة تدوير المسحوق غير المستخدم في حجرة البناء لطباعة المنتجات في المستقبل. تُعد طباعة SLS ثلاثية الأبعاد خيارًا صديقًا للبيئة، فهي فعّالة بطبيعتها، وتستهلك كميات قليلة من المواد.

تطبيقات التصنيع باستخدام الحاسب الآلي والطباعة ثلاثية الأبعاد SLS في مختلف الصناعات

يتم استخدام تقنيات التصنيع باستخدام الحاسب الآلي والطباعة ثلاثية الأبعاد SLS في مجموعة واسعة من الصناعات، حيث تستخدم كل منها مزاياها الفريدة لحل تحديات التصنيع المعقدة.

الفضاء والطيران: تتميز عمليات التصنيع باستخدام الحاسب الآلي (CNC) بالدقة والموثوقية. وهي مثالية لتصنيع أجزاء حيوية مثل المحرك ومعدات الهبوط. تتطلب هذه الأجزاء قوة عالية وتحملاً دقيقاً. ويمكن لهذه التقنية تشغيل العديد من المواد، بما في ذلك السبائك عالية الأداء. وتُعد هذه القدرة أساسية لتلبية المتطلبات الصارمة لـ الفضاء الجوي في الوقت نفسه، تُنتج تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد SLS أجزاءً خفيفة الوزن ذات أشكال معقدة. هذا يُقلل وزن الطائرة بشكل كبير، ويُعزز كفاءة استهلاك الوقود والأداء. كما تُسرّع قدرات النمذجة الأولية السريعة لهذه التقنية عملية التطوير من الفكرة إلى الطيران.

طبي: نظراً لدقة التصنيع باستخدام الحاسب الآلي، يُعدّ هذا التصنيع أساسياً في تصنيع الأدوات الجراحية المُخصصة، وزراعة العظام، و... طبي أجزاء الجهاز. بالإضافة إلى ذلك، تحتاج هذه الأجزاء إلى مواصفات دقيقة لضمان سلامة المريض وفعاليته. تتميز تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد SLS بميزة فريدة، إذ يمكنها تصنيع أطقم أسنان وزراعة أسنان مخصصة للمريض. تُعد إمكانية التخصيص هذه بالغة الأهمية لراحة المريض وتحسين نتائج إعادة التأهيل. كما توفر حلولاً متخصصة في إعادة التأهيل.

السيارات: تتميز آلات CNC بالمتانة والدقة. فهي تسمح بصنع أجزاء متينة ضرورية للسيارة الأداء والسلامة. تشمل هذه الأجزاء كتل المحرك ومكونات الهيكل. تُعد الطباعة ثلاثية الأبعاد بتقنية SLS أساسيةً للنماذج الأولية، إذ تتيح اختبار التصاميم الجديدة بسرعة. كما أن قدرتها على إنشاء أجزاء معقدة وخفيفة الوزن تُسهم في تحسين تصميم المركبات.

مقارنة التكلفة والحجم والوقت

عند مقارنة تكاليف بدء التشغيل، وتكاليف المواد، ومدة الإنتاج لآلات التصنيع باستخدام الحاسب الآلي (CNC) وطباعة SLS ثلاثية الأبعاد، يجب تصميم المقارنة بما يتناسب مع متطلبات المشروع الخاصة. لكلتا العمليتين مزايا فريدة وعوامل يجب مراعاتها. تكلفة الإعداد الأولية لآلات التصنيع باستخدام الحاسب الآلي أعلى، وذلك لحاجتها إلى أدوات وبرمجة دقيقة، مما يجعلها أقل فعالية من حيث التكلفة لإنتاج دفعات صغيرة جدًا. مع ذلك، قد تكون تكاليف المواد أقل في بعض المشاريع، وخاصة تلك التي تتطلب قطعًا معدنية. قد تكون تكاليف المواد السائبة أقل من تكاليف المساحيق الخاصة بطباعة SLS ثلاثية الأبعاد. قد تكون آلات التصنيع باستخدام الحاسب الآلي أسرع في تصنيع القطع المفردة نظرًا لسرعة إزالة المواد، ولكنها أبطأ في تصنيع القطع المعقدة.

خاتمة

لذلك، فإن مفتاح الاختيار بين التصنيع باستخدام الحاسب الآلي والطباعة ثلاثية الأبعاد SLS في التصنيع الحديث هو فهم فوائد كل تقنية. توفر Yonglihao Machinery خدمات تصنيع الآلات باستخدام الحاسب الآليتشتهر هذه الطابعات بدقتها وتشطيبها السطحي الممتاز، مما يجعلها الخيار الأمثل لإنتاج كميات كبيرة من المكونات المعدنية والقطع عالية الدقة. إلا أن الطباعة ثلاثية الأبعاد بتقنية SLS مثالية للنماذج الأولية والأشكال المعقدة. قد تواجه طرق الطرح صعوبة في التعامل مع هذه الأشكال أو قد تجدها باهظة الثمن. يجب على الشركات مراعاة العديد من العوامل عند الاختيار بين هذه الخيارات، بما في ذلك الإنتاجية، واحتياجات المواد، وتعقيد القطع.

التعليمات

ما هي الطريقة الأكثر فعالية من حيث التكلفة لإنتاج كميات قليلة؟

غالبًا ما تكون طباعة SLS ثلاثية الأبعاد أقل تكلفةً لعمليات الإنتاج الصغيرة. ويعود ذلك إلى انخفاض تكاليف إعدادها وقدرتها على إنتاج أشكال معقدة دون الحاجة إلى أدوات أو تجهيزات خاصة.

هل يمكن استخدام التصنيع باستخدام الحاسب الآلي والطباعة ثلاثية الأبعاد SLS معًا؟

نعم، يمكن استخدام آلات CNC وطباعة SLS ثلاثية الأبعاد بشكل متكامل، مما يُحقق الاستفادة الكاملة من مزايا العمليتين. على سبيل المثال، يمكن استخدام طباعة SLS ثلاثية الأبعاد لإنشاء نموذج أولي سريع لقطعة لاختبار ملاءمتها ووظيفتها. بعد الانتهاء من التصميم، يُمكننا استخدام آلات CNC لصنع القطعة النهائية. بالإضافة إلى ذلك، سنستخدم موادًا أفضل للتطبيق، أو لتحسين القطعة المطبوعة ثلاثية الأبعاد.