الحل الأمثل لخشونة سطح مسحوق PA12 التقليدي: التطبيق الهندسي لتقنية التكوير 01
على خطوط إنتاج التلبيد الانتقائي بالليزر على نطاق صناعي (SLS) ومسحوق في تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد بتقنية انصهار الطبقة الرقيقة (PBF)، لطالما كانت جودة سطح المكونات الهيكلية الهندسية عالية الدقة محدودة بسبب عيب جوهري في المادة. إذ تلاحظ العديد من الشركات وجود نسيج خشن متكرر يشبه سطح القمر على المنتجات النهائية عند طباعة أجزاء من النايلون PA12 (بولي أميد 12). لا يقتصر تأثير هذه الخشونة على تشويه المظهر الجمالي للمكونات وجعلها غير صالحة للاستخدام المباشر كأجزاء نهائية، بل والأهم من ذلك، أن عدم الانتظام المجهري يؤدي إلى سهولة تركيز الإجهاد داخل بنية المادة، مما يتسبب في فشل مبكر نتيجة الإجهاد عند تعرض المكونات لأحمال متناوبة. هذا القصور المتأصل في جودة السطح لا ينشأ من قوة الليزر أو سرعة المسح الضوئي للطابعة ثلاثية الأبعاد. ولكن من مسحوق المادة الخام التقليدية PA12 المستخدمة في أعلى مراحل الإنتاج الصناعي.
لفهم هذه المشكلة الهندسية بشكل كامل، يجب أن نوسع نطاق رؤيتنا إلى المستوى المجهري لجزيئات المواد. حاليًا، تُعدّ الطرق التقليدية الأكثر فعالية من حيث التكلفة مساحيق PA12 تُصنّع المواد المتوفرة في السوق بشكل أساسي باستخدام طرق التكسير الميكانيكية، مثل الطحن المبرد في درجات حرارة منخفضة. تعمل هذه الطريقة على تمزيق وتسطيح وتفتيت مواد النايلون الخام بكميات كبيرة إلى مساحيق دقيقة الحجم باستخدام قوى صدم ميكانيكية شديدة. عند فحص هذه الجزيئات التقليدية تحت المجهر الإلكتروني الماسح (SEM)، يتبين أن شكلها الهندسي غير منتظم للغاية، حيث تظهر كمية هائلة من التراكيب الممزقة والمتقشرة والمستطيلة والحادة متعددة الزوايا التي تشبه الشفرات المسننة. هذا الشكل المجهري غير المنتظم للغاية هو السبب الرئيسي وراء سلسلة من المشاكل اللاحقة في عملية الطباعة ثلاثية الأبعاد.
عندما يتم تحميل هذا المسحوق الخشن والمتغير الشكل في حجرة التغذية الخاصة بالطابعة ودفعه عبر منصة البناء بواسطة شفرة إعادة الطلاء أو الأسطوانة، تظهر مشاكل هندسية مشتقة على الفور. من منظور ميكانيكا الموائع، عندما تتلامس جزيئات غير منتظمة، تزداد قوى التداخل الهندسي ومقاومة الاحتكاك السطحي بينها بشكل كبير. يشبه هذا إلى حد كبير سكب كيس من الطوب المكسور الحاد الزوايا على الأرض؛ إذ لا يمكنها التدفق بسلاسة والتشابك بسهولة. أثناء عملية إعادة الطلاء، تتسبب هذه السيولة الضعيفة بشكل مباشر في حدوث "تمزق مجهري" ملحوظ نتيجة سحب الشفرة للمسحوق، مما يؤدي إلى تشقق السطح، أو ظهور أخاديد، أو حتى انفصال طبقات موضعي في طبقة المسحوق.
علاوة على ذلك، لا تستطيع هذه الجسيمات متعددة الزوايا تحقيق التعبئة المتقاربة عند تكديسها معًا، مما يترك فراغات مجهرية هائلة بين الجسيمات، الأمر الذي ينتج عنه كثافة إجمالية منخفضة بشكل استثنائي وكثافة مضغوطة لطبقة المسحوق. عندما يمر شعاع ليزر عالي الطاقة عبر طبقة مسحوق مليئة بفراغات مجهرية وتفاوت في الكثافة، يصبح التوصيل الحراري داخل المسحوق غير متجانس للغاية. لا تستطيع طاقة الليزر الانتشار بشكل منتظم في البداية، مما يتسبب في انصهار زائد في مناطق معينة، بينما يبقى المسحوق محصورًا في الفراغات البينية دون انصهار كافٍ. يتذبذب شكل حوض الانصهار بشكل كبير تحت تأثير هذا الاضطراب الحراري الشديد. ومع تكثف النايلون السائل وتصلبه تحت تأثير التوتر السطحي، فإن التوزيع غير المتساوي للإجهاد الحراري الناتج عن الترسيب غير المنتظم للمسحوق وتباين خصائص الجسيمات، يُورث ويتصلب بشكل دائم في مسام مجهرية وعيوب شوائب داخل المكون. على السطح الخارجي، يتجلى هذا في النهاية كقيمة Ra عالية باستمرار على السطح الصناعي الخشن.
