تلفيق غير المباشر للشعرية المعادن مع أقسام رقيقة عن طريق صب الطرد المركزي

الهدف العام من هذا الفيديو هو توضيح عملية ملء تجويف خلوي دقيق بمعدن مصهور لتصنيع المعادن الشبكية عن طريق الصب بالطرد المركزي. يمكن أن تساعد هذه المادة في الإجابة على أسئلة رئيسية، مثل كيفية ارتباط معايير العملية، والخصائص المادية للمعدن المصهور، وهندسة تجويف قالب الشبكة مع التدفق والتصلب في الصب الدقيق السريع. تكمل هذه التقنية عملية الطباعة ثلاثية الأبعاد المباشرة للكتل المعدنية في تصنيع المعادن الشبكية، وتوسع نطاق اختيار المواد في مجال تصميم المعادن الشبكية.

سأقوم اليوم بتوضيح الإجراء مع طالبة الدكتوراه جيون مون. كخطوة تحضيرية، قم برسم نمط تضحية لبنية دعامية ثمانية الأوجه (octet truss structure) مع نظام مصب باستخدام برنامج التصميم بمساعدة الحاسوب. يذوب هذا النمط المتكامل للبنية الدعامية ثمانية الأوجه مع نظام المصب أثناء عملية الصب.

باستخدام برنامج CAD، قم بتسجيل حجم النموذج المضحى به لحساب كتلة المعدن المطلوبة. بعد طباعة النموذج الأكريليكي، انتقل إلى عملية الصب الموضحة بالتفصيل في البروتوكول النصي. الخطوة التالية هي صهر مادة الدعم وإزالتها.

بعد ذلك، يتم إزالة ما تبقى من مادة الدعم بشكل أكبر. ثم يتم تجميع النمط. وعقب عملية التجميع، يتم إجراء عملية خلط الاستثمار.

تأكد من إزالة جميع التكتلات من خليط مادة الاستثمار والماء. تلي ذلك عملية الحرق. للبدء، اضبط الوقت في الفرن وفقاً لجدول التسخين والتبريد.

بالنسبة لوعاء بهذا الحجم، ستستغرق عملية الحرق ست ساعات. الآن، قم بتشغيل الفرن وابدأ جدول الحرق. خلال عملية الحرق، ينصهر النموذج المضحى به ويتفكك إلى غاز.

الآن، استمر في عملية الصب الموصوفة في القسمين التاليين. قبل البدء، تأكد من أن ذراع آلة الصب بالطرد المركزي يدور بسرعة زاوية تبلغ 425 RPM. حدد الإعداد المطلوب لهذه السرعة باستخدام مقياس سرعة الدوران (tachometer).

اختر بوتقة خزفية لصهر كل سبيكة. وباستخدام قاطع معدني، قم بتقطيع السبائك إلى قطع تتراوح أحجامها بين 10 millimeter و 20 millimeter. قم بتقطيع حوالي 150 grams من كل سبيكة، واللتين هما في هذه الحالة الألومنيوم والنحاس.

الآن، قم بوزن الكتلة الدقيقة لكل سبيكة مطلوبة لتصميم الشبكة. يجب ملء تجويف القالب بدقة حتى السعة القصوى بالسبيكة المنصهرة. الآن، جهز دلواً من الماء في درجة حرارة الغرفة.

تعد كمية 30 liters كافية. بعد ذلك، ارتدِ ملابس مقاومة للهب، وارتدِ القفازات والنظارات الواقية. الآن، أخرج قالب الجبس مؤقتاً من الفرن.

ضع القالب في حامل القالب بجهاز الصب بالطرد المركزي، وقم بموازنة ذراع جهاز الطرد المركزي. بعد ذلك، أعد قالب الجبس إلى الفرن، وابدأ بتسخين الجهاز حتى 482 درجة Celsius. وفي هذه الأثناء، ضع البوتقة في حامل البوتقة، وقم بتحميل السبيكة المقطعة داخل البوتقة.

بعد ذلك، قم بتجهيز شعلة الأسيتيلين. افتح صمام خزان الأكسجين المتصل، وحافظ على ضغط الغاز بالقرب من 96.5 kilopascals أو 14 PSI. ثم، أشعل الشعلة بعناية وتحكم في شدة اللهب عن طريق ضغط الغاز.

كن حذراً للغاية؛ إذ تصل درجة حرارة اللهب إلى 1,200 °C. الآن، قم بصهر السبيكة المقطعة في البوتقة بعناية حتى تتحول تماماً إلى الحالة السائلة.

استخدم قضيباً كربونياً لتقليب السبيكة وصهرها باستخدام الجزء المتعادل من لهب المشعل. يُعد الصهر السليم للمعدن أمراً بالغ الأهمية، لأنه إذا كان المعدن بارداً جداً، فلن يملأ القالب بالكامل. أما إذا كان ساخناً جداً، فإن زيادة المسامية ستؤدي إلى حدوث مشكلات هيكلية.

الآن، أخرج قالب الجبس الذي تم تسخينه مسبقاً من الفرن، وضعه في ذراع حامل مهد القارورة بجانب البوتقة التي تحتوي على السبيكة المنصهرة. أغلق غطاء الجهاز واترك الذراع يدور لمدة ثلاث دقائق على الأقل. يبدأ الجهاز في الدوران تلقائياً عند إغلاق الغطاء.

تؤدي سرعة دوران تبلغ حوالي 420 RPM إلى توليد سرعة دخول عند تجويف القالب تصل إلى 8.03 meters per second، وذلك وفقاً للحسابات القائمة على ديناميكيات الجسيمات العيانية والسرعة الزاوية. بعد مرور ثلاث دقائق، افصل الطاقة عن آلة الصب بالطرد المركزي، ثم افتح الغطاء، وباستخدام الملاقط، أخرج قالب الجبس من حامل القارورة.

اترك القالب ليبرد في درجة حرارة الغرفة لمدة تتراوح من 15 إلى 20 دقيقة، حتى يعود لون السبيكة إلى لون طورها الصلب. بعد ذلك، وباستخدام ملاقط، قم بتبريد قالب الجبس بسرعة (quench) في دلو الماء لمدة خمس دقائق تقريباً. وعندما يقترب القالب من درجة حرارة الغرفة، يكون قد تم تبريده بالكامل.

الآن، وللحصول على المعدن الشبكي داخل القالب، قم ببساطة بإذابة القالب في الماء. حيث سيذوب قالب Jibsen بسهولة في غضون دقيقتين. وبذلك تصبح المعالجة اللاحقة ممكنة، مثل التنظيف عن طريق التنظيف الرملي، وهو ما تم وصفه في البروتوكول النصي.

تأكد من استخدام ضغط التنظيف بالرمل الموضح، حيث أن القوالب هشة نوعاً ما، وخاصة هيكل الـ octet truss المصنوع من الألومنيوم والذي يتميز بجدران رقيقة. وباستخدام التصنيع المضاف غير المباشر الموصوف في قسم البروتوكول، استُخدمت سبائك الألومنيوم والنحاس لتصنيع معادن الـ octet truss. وقد أُجريت عملية الحرق لمدة ست ساعات لصهر النمط المضحى به.

بعد عملية الصب بالطرد المركزي، كانت المنتجات النهائية عبارة عن معادن ذات هيكل جمالوني ثماني الأضلاع (octet truss) مصنوعة من سبائك الألمنيوم والنحاس. وقد ملأت سبيكة الألمنيوم المنصهرة تجويف قالب الشبكة بالكامل دون حدوث أي خلل في التدفق (misrun). من ناحية أخرى، ظهر في سبيكة النحاس المنصهرة عيب في الصب ناتج عن التصلب المبكر في المرحلة الأولى من حقن المعدن المنصهر عند المدخل.

بعد مشاهدة هذا الفيديو، يجب أن يكون لديك فهم جيد لتأثير معلمات العملية على ملء المعدن المنصهر في التجويف الدقيق الخلوي، وإجراء التصنيع غير المباشر للمعادن الشبكية باستخدام الصب بالطرد المركزي. وقد مهدت هذه التقنية بعد تطويرها الطريق للباحثين في مجال المعادن الشبكية لاستكشاف التصنيع غير المباشر، من خلال الجمع بين الطباعة ثلاثية الأبعاد للبوليمرات والصب بالطرد المركزي.