تعرف على الأجزاء المطبوعة ثلاثية الأبعاد والتي على وشك الذهاب إلى المريخ |ورشة ماكينات هيونداي

يتم تصنيع المكونات الخمسة للأداة الرئيسية عن طريق ذوبان شعاع الإلكترون، والذي يمكنه نقل حزم مربعة مجوفة وجدران رقيقة.لكن الطباعة ثلاثية الأبعاد ليست سوى الخطوة الأولى.
الأداة المستخدمة في العرض الفني هي PIXL، وهو جهاز بتروكيميائي يعمل بالأشعة السينية يمكنه تحليل عينات الصخور على المريخ.مصدر هذه الصورة وما فوقها: NASA / JPL-Caltech
وفي 18 فبراير/شباط، عندما تهبط المركبة الفضائية "بيرسيفيرانس" على سطح المريخ، ستحمل ما يقرب من عشرة أجزاء معدنية مطبوعة بتقنية ثلاثية الأبعاد.سيتم العثور على خمسة من هذه الأجزاء في المعدات المهمة لمهمة المركبة الفضائية: أداة الكواكب البتروكيماوية للأشعة السينية أو PIXL.ستقوم PIXL، التي تم تركيبها في نهاية دعامة العربة الجوالة، بتحليل عينات الصخور والتربة على سطح الكوكب الأحمر للمساعدة في تقييم إمكانات الحياة هناك.
تشتمل الأجزاء المطبوعة ثلاثية الأبعاد من PIXL على الغطاء الأمامي والغطاء الخلفي وإطار التثبيت وطاولة الأشعة السينية ودعم الطاولة.للوهلة الأولى، تبدو وكأنها أجزاء بسيطة نسبيًا، وبعض الأجزاء والأقواس ذات الجدران الرقيقة، وقد تكون مصنوعة من صفائح معدنية مشكلة.ومع ذلك، فقد اتضح أن المتطلبات الصارمة لهذه الأداة (والمركبة الجوالة بشكل عام) تتوافق مع عدد خطوات ما بعد المعالجة في التصنيع الإضافي (AM).
عندما قام المهندسون في مختبر الدفع النفاث التابع لناسا (JPL) بتصميم PIXL، لم يشرعوا في صنع أجزاء مناسبة للطباعة ثلاثية الأبعاد.وبدلاً من ذلك، يلتزمون بـ "ميزانية" صارمة مع التركيز بشكل كامل على الوظائف وتطوير الأدوات التي يمكنها إنجاز هذه المهمة.الوزن المخصص لـ PIXL هو 16 رطلاً فقط؛سيؤدي تجاوز هذه الميزانية إلى "قفز" الجهاز أو التجارب الأخرى من العربة الجوالة.
على الرغم من أن الأجزاء تبدو بسيطة، إلا أنه يجب أخذ حدود الوزن بعين الاعتبار عند التصميم.تعتمد كل من طاولة عمل الأشعة السينية وإطار الدعم وإطار التثبيت على هيكل شعاع صندوقي مجوف لتجنب تحمل أي وزن أو مواد إضافية، وجدار غطاء الهيكل رقيق والمخطط التفصيلي يحيط بالأداة بشكل أوثق.
تبدو الأجزاء الخمسة المطبوعة ثلاثية الأبعاد من PIXL وكأنها مكونات بسيطة ومكونات مبيت، ولكن ميزانيات الدفعات الصارمة تتطلب أن تحتوي هذه الأجزاء على جدران رقيقة جدًا وهياكل عوارض صندوقية مجوفة، مما يلغي عملية التصنيع التقليدية المستخدمة لتصنيعها.مصدر الصورة: إضافات النجار
من أجل تصنيع مكونات هيكلية خفيفة الوزن ومتينة، لجأت وكالة ناسا إلى شركة Carpenter Additive، وهي شركة تقدم خدمات إنتاج المسحوق المعدني والطباعة ثلاثية الأبعاد.نظرًا لوجود مساحة صغيرة لتغيير أو تعديل تصميم هذه الأجزاء خفيفة الوزن، اختارت شركة Carpenter Additive ذوبان شعاع الإلكترون (EBM) كأفضل طريقة للتصنيع.يمكن لعملية الطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاد أن تنتج عوارض مربعة مجوفة وجدران رقيقة وميزات أخرى يتطلبها تصميم ناسا.ومع ذلك، فإن الطباعة ثلاثية الأبعاد ليست سوى الخطوة الأولى في عملية الإنتاج.
ذوبان شعاع الإلكترون هو عملية ذوبان مسحوق تستخدم شعاع الإلكترون كمصدر للطاقة لدمج مساحيق المعادن معًا بشكل انتقائي.يتم تسخين الآلة بأكملها مسبقًا، ويتم تنفيذ عملية الطباعة في درجات الحرارة المرتفعة هذه، وتتم معالجة الأجزاء بالحرارة بشكل أساسي عند طباعة الأجزاء، ويكون المسحوق المحيط شبه متكلس.
بالمقارنة مع عمليات تلبيد المعادن المباشرة بالليزر (DMLS) المماثلة، يمكن لـ EBM إنتاج تشطيبات سطحية أكثر خشونة وميزات أكثر سمكًا، ولكن مزاياها أيضًا هي أنها تقلل الحاجة إلى هياكل الدعم وتتجنب الحاجة إلى العمليات المعتمدة على الليزر.الضغوط الحرارية التي قد تكون مشكلة.تخرج أجزاء PIXL من عملية EBM، وهي أكبر قليلاً في الحجم، ولها أسطح خشنة، وتحبس الكعك المسحوق في الشكل الهندسي المجوف.
يمكن أن يوفر ذوبان شعاع الإلكترون (EBM) أشكالًا معقدة من أجزاء PIXL، ولكن لإكمالها، يجب تنفيذ سلسلة من خطوات ما بعد المعالجة.مصدر الصورة: إضافات النجار
كما هو مذكور أعلاه، من أجل تحقيق الحجم النهائي والتشطيب السطحي والوزن لمكونات PIXL، يجب تنفيذ سلسلة من خطوات ما بعد المعالجة.يتم استخدام كل من الطرق الميكانيكية والكيميائية لإزالة المسحوق المتبقي وتنعيم السطح.يضمن الفحص بين كل خطوة من خطوات العملية جودة العملية بأكملها.التركيبة النهائية أعلى بمقدار 22 جرامًا فقط من إجمالي الميزانية، والتي لا تزال ضمن النطاق المسموح به.
للحصول على معلومات أكثر تفصيلاً حول كيفية تصنيع هذه الأجزاء (بما في ذلك عوامل الحجم المستخدمة في الطباعة ثلاثية الأبعاد، وتصميم هياكل الدعم المؤقتة والدائمة، وتفاصيل إزالة المسحوق)، يرجى الرجوع إلى دراسة الحالة هذه ومشاهدة أحدث حلقة من The Cool عرض الأجزاء لفهم السبب وراء كون هذه قصة إنتاج غير عادية بالنسبة للطباعة ثلاثية الأبعاد.
في البلاستيك المقوى بألياف الكربون (CFRP)، تكون آلية إزالة المواد هي السحق بدلاً من القص.وهذا ما يجعله مختلفًا عن تطبيقات المعالجة الأخرى.
من خلال استخدام هندسة قطع الطحن الخاصة وإضافة طبقة صلبة إلى سطح أملس، قامت شركة Toolmex Corp. بإنشاء مطحنة نهائية مناسبة جدًا للقطع النشط للألمنيوم.تُسمى الأداة "Mako" وهي جزء من سلسلة أدوات SharC الاحترافية الخاصة بالشركة.