المركز الروسي للتقنيات الإضافية يركّب طابعة ثلاثية الأبعاد للسيراميك بسماكة جدار تصل إلى 15 ملم

أخبار ar.wedoany.com، قام المركز الروسي للتقنيات الإضافية (ЦАТ) التابع لشركة "يونايتد إنجن كوربوريشن" (ОДК) بتركيب طابعة ثلاثية الأبعاد صناعية للسيراميك من تصنيع شركة "ريتخ" (Ретех) في موقعه. تتيح هذه المعدات إنتاج منتجات سيراميكية بسماكة جدار تصل إلى 15 ملم، بينما كان الحد الأقصى لسماكة الجدار في التقنيات السابقة يتراوح بين 6 و8 ملم، حيث ترتفع مخاطر التشقق بشكل ملحوظ عند تجاوز هذه السماكة.

تتزايد متطلبات الاقتصاد في استهلاك الوقود والملاءمة البيئية لمحركات الطائرات المتقدمة جيلاً بعد جيل، ويتطلب تحسين معاملات الدورة الحرارية رفع درجة حرارة الغاز عند مخرج غرفة الاحتراق. ولا يمكن تحقيق زيادة كبيرة في درجة الحرارة بالاعتماد فقط على الحلول الهيكلية لتعزيز كفاءة تبريد جدران غرف الاحتراق وريش التوربينات، لذلك يلزم إدخال أجزاء مصنوعة من السبائك المقاومة للحرارة القائمة على النيكل، والسبائك القائمة على التيتانيوم، والسبائك القائمة على النيكل المسحوقية، بالإضافة إلى أجزاء من المواد السيراميكية، مع تزويدها بطلاءات واقية لتحسين مقاومة الحرارة بما يضمن مؤشرات العمر الافتراضي.

تُستخدم التقنيات الإضافية في المجال الصناعي للتصنيع السريع للنماذج الأولية، مما يسهم في تقليص زمن تطوير المنتجات، ويتيح إنتاج أجزاء ذات أشكال هندسية معقدة يصعب تحقيقها بالتشغيل الآلي أو الصب أو الحدادة. ومن خلال التحسين الطوبولوجي، وتفاوت سماكة الجدران، والتجويفات الداخلية، وتصميم الهياكل متعددة الطبقات، يمكن تخفيض وزن الأجزاء بنسبة تصل إلى عشرات في المئة مع الحفاظ على القوة والعمر الافتراضي. كما تتيح هذه التقنية رفع معدل استخدام المواد، وتقليل النفايات، وخفض الاعتماد على العدد والأدوات، مع إمكانية إعادة ضبط المعدات بسرعة.

يتخصص المركز الروسي للتقنيات الإضافية في تطوير تقنيات الطباعة ثلاثية الأبعاد، وتتمثل مهمته في إدخال التقنيات الإضافية إلى صناعة محركات الطائرات، وصناعة الطيران والفضاء، والمنظومة الصناعية الروسية بشكل عام. ومنذ صيف هذا العام، حصل المركز على صفة مطوّر للوثائق التصميمية، حيث يمكن لمكتب التصميم التابع له إعداد الوثائق بشكل مستقل وفقاً للمعايير الوطنية، إلى جانب القيام بالأنشطة البحثية وأعمال التصميم التجريبي، وإنتاج النماذج التجريبية والدفعات الصغيرة من أجزاء محركات الطائرات.

يُستخدم السيراميك الهندسي في الحالات التي لا تستطيع فيها المواد الأخرى تحمل درجات الحرارة المرتفعة أو الاحتكاك أو التأثيرات الكيميائية، غير أن تصنيع أجزاء سيراميكية ذات أشكال معقدة كان يُعتبر سابقاً تحدياً تقنياً صعباً. تعتمد تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد للسيراميك المطبقة في المركز على طريقة التصليب الضوئي المجسم، حيث تكون مادة الطباعة عبارة عن معجون كثيف يتكون من بوليمر ضوئي سائل ومسحوق سيراميكي. وتتنوع المواد السيراميكية المستخدمة بشكل واسع، مما يتيح إضفاء الخصائص المطلوبة على المنتجات مثل القوة الميكانيكية العالية، والصلادة، ومقاومة درجات الحرارة المرتفعة، والتوصيل الحراري وغيرها.

أثناء عملية الطباعة، تُطبق طبقات المعجون السيراميكي على المنصة وتُسوّى، ثم يقوم ليزر فوق بنفسجي بمسح الطبقات بشكل انتقائي وفقاً لبرنامج يتوافق مع الشكل الهندسي للمنتج، وبعد ذلك تنخفض المنصة بسمك الطبقة المحدد، وتستمر عملية تزويد المواد للطبقة التالية. بعد اكتمال بناء الجزء، تُزال جزيئات المعجون غير المتصلب من السطح، وفي المعالجة اللاحقة يُحرق البوليمر الضوئي الذي يعمل كعامل ربط، وأخيراً يُلبَّد السيراميك عند درجات حرارة تتراوح بين 1400 و1700 درجة مئوية. وتضمن مكونات المواد الجديدة وعملية المعالجة الحرارية جودة الأجزاء المنتجة.

حالياً، قام الخبراء بالتدريب على هذه المعدات لإنتاج العدد والأجزاء والمنتجات باستخدام الطباعة ثلاثية الأبعاد للسيراميك، بما في ذلك النوى المستخدمة في صب ريش محركات التوربينات الغازية، والأغماد الواقية للمزدوجات الحرارية، وعناصر الترشيح، والبوتقات المستخدمة في صهر السبائك المقاومة للحرارة. وأشار أليكسي مازالوف، المدير العام للمركز الروسي للتقنيات الإضافية، إلى أن تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد للسيراميك تمثل اتجاهاً مهماً في سياسة استبدال الواردات، وأن إتقان هذه التقنية سيسهم في تطوير صناعة المحركات، حيث يمكن للمنتجات السيراميكية التي يتم الحصول عليها بهذه الطريقة أن تحل محل العدد المستوردة في ورش الصب والمعالجة الحرارية بمختلف القطاعات الصناعية. ويتيح استخدام السيراميك إدخال حلول جديدة في صناعة المحركات، بما في ذلك تصنيع النوى لصب ريش المحركات، ورفع تحمل الأجزاء لدرجات الحرارة المرتفعة.

ويرى الخبراء أن الطباعة ثلاثية الأبعاد للسيراميك ستجد تطبيقاً واسعاً في تصنيع محركات التوربينات الغازية الصغيرة، على سبيل المثال تصنيع أجزاء أجهزة الفوهات وعجلات التوربينات العاملة من السيراميك. ويمكن للأجزاء السيراميكية تحمل درجات حرارة تصل إلى 1500 درجة مئوية، مع الحفاظ على ثبات الشكل الهندسي، وإظهار مقاومة للتآكل والأكسدة عند درجات الحرارة المرتفعة.