إن الانكماش، كما هو مخفي في صب "الجرح الداكن" الداخلي، هو عملية الصب التقليدية في عملية الصب التقليدية في عيوب شائعة يصعب القضاء عليها. فهو لا يؤثر على جمال الصب فحسب، بل يهدد أيضًا بشكل مباشر قوته وخصائصه الميكانيكية. عندما يكون المعدن المنصهر في عملية التصلب انكماش حجم عملية التصلب، وعدم الحصول على ما يكفي من المكملات المعدنية السائلة، سيكون في الصب أو سطح تشكيل الفراغات، أي أننا غالبًا ما نقول انكماشًا أو انكماشًا! .  

لطالما شكّل التخلص من ثقوب الانكماش تحديًا معقدًا للمسابك والمهندسين، حيث تعتمد الطرق التقليدية غالبًا على الخبرة وتعديل تصميم القالب وأنظمة الصب وعمليات التبريد من خلال التجربة والخطأ . ومع ذلك، ومع ظهور تقنيات التصنيع المضافة، وخاصةً الطباعة ثلاثية الأبعاد الرملية الصناعية، فقد تم إحداث ثورة في تصميم وإنتاج المسبوكات، مما يوفر طرقًا جديدة غير مسبوقة لحل مشاكل الانكماش تمامًا.  

1 - الأسباب الجذرية لانكماش الصب: القيود الهندسية للقوالب التقليدية

لفهم كيفية حل الطباعة ثلاثية الأبعاد للمشاكل، من الضروري أولاً إجراء تحليل عميق لمشاكل الصب التقليدي. يمكن أن تُعزى الأسباب الرئيسية لتكوين الانكماش إلى أمرين:

1. تعويض أوجه القصور في الانكماش: عندما يتصلب الصب وينكمش، يجب تجديده باستمرار بالمعدن السائل من خلال نظام الصب والرافعة. إذا لم تكن قنوات التجديد مصممة بشكل صحيح أو كانت غير كافية، لا يمكن نقل المعدن السائل إلى المناطق التي تحتاج إلى التجديد، مما يؤدي إلى خلق فراغات.  
2. تصلب غير متساوٍ: إذا لم يكن معدل التبريد لمناطق مختلفة من الصب غير متناسق، فمن الصعب نشر الحرارة بشكل فعال، وتشكيل الوصلات الساخنة (البقعة الساخنة). هذه البقع الساخنة هي آخر المناطق المتصلبة، عندما يتصلب المعدن المحيط بها، فإنها تفتقر إلى ملحق المعدن السائل، ومن السهل جدًا تشكيل ثقوب انكماش.  

في الصب التقليدي، يتم تصنيع القوالب والقلوب بواسطة أدوات فيزيائية تكون هندستها محدودة من حيث قابلية التشغيل الآلي وقابلية الإطلاق. على سبيل المثال، لا يمكن أن تكون الثقوب المحفورة لمسارات مياه التبريد سوى خطوط مستقيمة. . وهذا ما يجعل من الصعب على المهندسين تصميم قنوات انكماش معقدة ومنحنية أو قنوات تبريد متتابعة داخل القالب للتحكم بدقة في عملية التصلب، مما يزيد من مخاطر عيوب الانكماش .  

2 - حلول الطباعة ثلاثية الأبعاد: حرية التصميم لإعطاء "الحياة" للقوالب والقوالب

الفوائد الأساسية للطابعات ثلاثية الأبعاد الرملية الصناعية هيحرية التصميمالاستجابة في الغناءإنتاج بدون قوالبيقوم بطباعة القوالب الرملية واللبات طبقة تلو الأخرى مباشرةً من ملفات CAD ثلاثية الأبعاد. . تخترق هذه الخاصية بشكل جذري القيود الهندسية للعمليات التقليدية وتوفر العديد من الوسائل الفعالة للقضاء على الانكماش على النحو التالي:  

الخيار 1: تحسين قنوات التعبئة والانكماش من أجل ضخ دقيق

وباستخدام تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد، يمكن للمهندسين تصميم نظام الانكماش الأمثل للتركيب داخل القالب دون الحاجة إلى النظر في قابلية التشغيل الآلي.

• نظام الصب المتكامل: تقليديًا، يجب أن يتم تصنيع وتجميع نظام الذراع (بما في ذلك الذراع والرافعة) بشكل منفصل. تسمح الطباعة ثلاثية الأبعاد بطباعة نظام الذراع بالكامل، ورافعة الحشو والقالب نفسه في قطعة واحدة. ويضمن هذا التصميم المتكامل اتصالاً سلسًا ومحاذاة دقيقة للقنوات، مما يقلل إلى حد كبير من خطر فشل الانكماش بسبب أخطاء التجميع.  
• رافعات حشو مصممة بدقة متناهية: تسمح الطباعة ثلاثية الأبعاد بالتصميم الدقيق وطباعة رافعات الانكماش فوق مناطق الوصلات الساخنة في الصب، مما يضمن تدفقًا مستمرًا للمعدن المنصهر لملء الفراغ الناتج عن انكماش التصلب. وقد ثبت أن رافعات الانكماش الزائد فوق الصب يمكن أن تنفّس الغازات بشكل فعال، وبالتالي تقليل عيوب المسامية في الصب.  
• تخلص من الحواجز الهيكلية المعقدة والحواجز الهيكلية المعقدة: في العمليات التقليدية، تتطلب الشقوق السفلية المعقدة والممرات الداخلية تجميع عدة أنوية في عملية الصب، الأمر الذي لا يزيد من أخطاء التجميع فحسب، بل يمكن أن يؤدي بسهولة إلى خلع أو اختلال في الأنوية. تتيح الطباعة ثلاثية الأبعاد دمج عدة أنوية فردية في نواة واحدة معقدة ومتكاملة، مما يلغي الحاجة إلى التجميع تمامًا ويحسن دقة وجودة الصب.  

الخيار 2: التبريد المطابق للتصلب المنتظم

بالنسبة للقوالب نفسها، يمكن أن تكون الطباعة ثلاثية الأبعاد ثورية بنفس القدر. من خلالالتبريد المطابقتقنية (التبريد المطابق)، والتي تسمح بتصميم قنوات تبريد داخل القالب تتطابق مع الخطوط السطحية للقالب. .  

• المبدأ: يتم حفر قنوات التبريد التقليدية في خطوط مستقيمة ولا تغطي جميع المناطق المراد تبريدها، مما يؤدي إلى درجات حرارة غير متساوية للقالب. من ناحية أخرى، يستخدم التبريد المطابق الطباعة ثلاثية الأبعاد لدمج قنوات التبريد المنحنية السربنتينية في القالب بحيث تتناسب بشكل مريح مع سطح القالب.  
• الميزة: ينتج عن هذا التصميم تبريد أكثر اتساقًا ويقلل بشكل كبير من خطر ارتفاع درجة الحرارة الموضعي للقالب. يعني التدرج الأكثر توازناً في درجة الحرارة أن عملية التصلب يتم التحكم فيها بشكل أكبر، مما يقلل بشكل جذري من تكوين الوصلات الساخنة وبالتالي منع الانكماش. وقد تم إثبات أن استخدام قالب التبريد المتبع للشكل يقلل من التباين في درجة الحرارة أثناء تبريد القالب إلى 18 درجة مئوية، وبالتالي يقلل بشكل كبير من خطر التواء القالب.  

الخيار 3: المحاكاة الرقمية والتكرار السريع لمنع المشاكل قبل حدوثها

يوفر سير العمل الرقمي للطباعة ثلاثية الأبعاد للمهندسين فرصًا قيّمة "للتجربة والخطأ" قبل الدخول في الإنتاج. .  

• برنامج محاكاة الصب: يمكن للمهندسين استخدام برمجيات محاكاة الصب (مثل Cimatron) لمحاكاة تدفق وتصلب المعدن المنصهر. إذا أظهرت نتائج المحاكاة وجود خطر انكماش، يمكن تعديل تصميم القالب بسرعة، على سبيل المثال عن طريق تغيير موقع الذراع أو الناهضة، ثم اختباره افتراضيًا مرة أخرى.  
• النماذج الأولية السريعة والتكرار: إذا كانت هناك حاجة إلى نموذج أولي مادي، يمكن للطباعة ثلاثية الأبعاد طباعة قالب أو قلب في غضون ساعات أو أيام. وهذا يسمح للمهندسين بتكرار التصميمات والتحقق من صحتها عدة مرات بتكلفة وسرعة أقل. لا يمكن تخيل نموذج التطوير السريع هذا في الصب التقليدي، الذي يتطلب صناعة قوالب باهظة التكلفة وأوقات انتظار طويلة.  

3 - ليس فقط القضاء على العيوب، ولكن تحقيق قفزة في الكفاءة

لا يؤدي استخدام تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد لحل مشكلة انكماش الصب إلى تحسين جودة المنتج فحسب، بل يؤدي أيضًا إلى سلسلة من سلاسل القيمة التجارية:

• خفض التكاليف: تقلل الطباعة ثلاثية الأبعاد من تكاليف الإنتاج بشكل كبير من خلال التخلص من جوانب صنع القوالب والأدوات المادية المكلفة. وفقًا للأبحاث، يمكن للطباعة ثلاثية الأبعاد توفير ما يصل إلى 50%-90% مقارنة بالطرق التقليدية .  
• تقصير وقت التسليم: تم تقليل الوقت اللازم لصنع القوالب من أسابيع أو حتى أشهر إلى ساعات، مما يسمح للشركات بالاستجابة بسرعة أكبر لمتطلبات السوق. في إحدى الحالات، تمكنت إحدى الشركات من تقليل الوقت اللازم لصنع القوالب بتسعة أسابيع باستخدام طابعة رملية ثلاثية الأبعاد.  
• انخفاض معدل الخردة: تم تحسين دقة واتساق القوالب بشكل كبير، مما قلل من عيوب الصب الناتجة عن الخطأ البشري أو تآكل القالب، وبالتالي تقليل معدل الخردة بشكل كبير.  
• تبسيط العملية: يعمل دمج أجزاء متعددة في مكون واحد متكامل على تبسيط عمليات التجميع المعقدة وتقليل الاعتماد على العمالة عالية المهارة.  

الخلاصة: الطباعة ثلاثية الأبعاد - "علاج" لصناعة المسابك

إن انكماش الصب ليس مشكلة تقنية منعزلة، ولكن عملية الصب التقليدية في مواجهة التصميم المعقد والمتطلبات عالية الدقة للتحديات النظامية المكشوفة. تقدم طابعات الرمل الصناعية ثلاثية الأبعاد، بمزاياها التكنولوجية الفريدة، "علاجًا" للمشكلة من مصدرها. فهي تقضي على مخاطر الانكماش من خلال منح المهندسين حرية تصميم غير مسبوقة، مما يمكنهم من بناء هياكل داخلية وأنظمة تبريد محسّنة. .  

من أجل السعي لتحقيق الجودة الممتازة والإنتاج الفعال وتحسين التكلفة لمؤسسات المسابك الحديثة، لم تعد الطباعة ثلاثية الأبعاد "خيارات إضافية" يمكن الاستغناء عنها، ولكن لتعزيز الارتقاء الصناعي، في المنافسة الشرسة في السوق للفوز بالفرصة الأولى للتقنيات الرئيسية. إنها ليست مجرد قطعة من المعدات، ولكن أيضًا لجسر "الصب الرقمي" إلى المستقبل، بحيث يتم حل "مشاكل الصب" السابقة! .