تصفيح الورقة

التصفيح بالصفائح هو إحدى طرق التصنيع الإضافي (AM)، والمعروفة أيضًا بالطباعة ثلاثية الأبعاد. وقد غيّرت هذه الطرق عمليات تطوير النماذج الأولية والأجزاء الوظيفية في مختلف الصناعات. يتميز التصفيح بالصفائح بسرعته وفعاليته من حيث التكلفة، وإمكانية استخدامه مع مجموعة واسعة من المواد، مثل الورق والبلاستيك، وغيرها.

في هذه المقالة، ستستكشف ماهية تصفيح الصفائح، وعملية تصنيعه، وأنواعه، وتقنياته، والمواد المختلفة المستخدمة فيه، ومزاياه، وقيوده، وتطبيقاته العملية. ستساعدك هذه النظرة الشاملة على فهم تفرد تصفيح الصفائح كـ التصنيع مضافة الأسلوب.

ما هي صفائح الترقق؟

التصفيح بالصفائح عمليةٌ لبناء أجسام ثلاثية الأبعاد عن طريق ربط صفائح من مواد مثل الورق، أو الرقائق المعدنية، أو البلاستيك طبقةً تلو الأخرى. تُصفّح الصفائح باستخدام مواد لاصقة، أو حرارة، أو ضغط، أو حتى لحام بالموجات فوق الصوتية.

نبذة تاريخية ومسح السوق

تعود هذه العملية إلى أوائل تسعينيات القرن الماضي. في عام ١٩٩١، طرحت شركة Helisys تقنية التصفيح بالصفائح لأول مرة في السوق. وفي عام ٢٠٠٣، قدّم المهندسان الأيرلنديان كونور وفينتان ماكورماك نوعًا آخر من الورق يُسمى التصفيح بالترسيب الانتقائي (SDL)، ثم قاما بتسويقها تجاريًا في عام ٢٠٠٥ من خلال شركة Mcor Technologies.

وفقًا لمسح أجرته Verified Market Reports، من المتوقع أن يحقق قطاع تغليف الصفائح معدل نمو سنوي مركب (CAGR) قدره 10.5%. ومن المتوقع أن ينمو من 2.5 مليار دولار أمريكي في عام 2024 إلى 6.3 مليار دولار أمريكي بحلول عام 2033. ويعود ذلك إلى زيادة جاذبيته في مختلف القطاعات، مع تطور المواد وطرق الترابط.

عملية تصفيح الصفائح

تتبع عملية تصفيح الصفائح إجراءً تدريجيًا، مما يسمح بإنتاج سريع وبتكلفة منخفضة نسبيًا. إليك كيفية عملها:

تغذية الورق

ابدأ العملية عن طريق تغذية قطعة من مادة مثل الورق أو البلاستيك أو رقائق المعدن من الأسطوانة إلى منصة البناء.

الربط

الخطوة التالية هي لصق الورقة بالطبقة السابقة. تعتمد هذه الخطوة على نوع تقنية تصفيح الورقة المستخدمة. يتم اللصق بطرق مختلفة، مثل:

• الترابط الحراري – حيث يتم ربط الطبقات من خلال تطبيق الحرارة.
• الترابط اللاصق - هنا يتم استخدام الغراء أو الراتنج للترابط.
• اللحام بالموجات فوق الصوتية - في هذه الحالة، يتم لحام الصفائح المعدنية باستخدام اهتزازات عالية التردد دون إذابتها.

قطع الشكل

في هذه الخطوة، يُستخدم الليزر أو الشفرة لقطع شكل القطعة بدقة من الصفيحة الملتصقة. تُعدّ المناطق غير المقطوعة مادة داعمة، وتُزال بعد التركيب.

تكديس الطبقات وتكوين الأجزاء

هنا، أضف صفائح جديدة واستمر في اللصق، مع تشكيل كل منها وفقًا للنموذج ثلاثي الأبعاد. استمر في ذلك حتى اكتمال الشكل الهندسي النهائي وإزالة المواد الزائدة.

المعالجة البعدية

هذه العملية اختيارية. قد تشمل مرحلة ما بعد المعالجة التشغيل الآلي وتشطيب الأسطح لتحسين دقة الأبعاد وجودة السطح.

 

أنواع تقنيات تصفيح الصفائح

تصنيع الأجسام الرقائقية (LOM)

تُعد هذه التقنية من أقدم تقنيات تصفيح الصفائح. في هذه التقنية، تُضغط كل صفيحة مُغلفة بمادة لاصقة حديثًا بالحرارة على الرصة، ثم تُقطع مباشرةً بالليزر أو بالسكين حسب الشكل المطلوب قبل إضافة الطبقة التالية. تُستخدم هذه التقنية في العديد من التطبيقات، مثل إنتاج النماذج المعمارية والنماذج الأولية بأشكال مختلفة، وأدوات التسويق.

التصفيح بالترسيب الانتقائي (SDL)

هذا النوع من الطباعة ثلاثية الأبعاد يعتمد على الورق، وليس البلاستيك أو أي بوليمر آخر. في هذه الحالة، تُحبّر SDL أولاً نمطًا لاصقًا انتقائيًا على كل ورقة، ثم تُلصق الورقة بالرزمة تحت الحرارة والضغط، ثم تستخدم شفرة تنغستن لقص حدود الطبقة الجديدة.

تصنيع المواد المضافة بالموجات فوق الصوتية (UAM)

هنا، يتم ربط المواد باستخدام اللحام بالموجات فوق الصوتية. لا تذوب المواد بفضل استخدام اهتزازات عالية التردد لربط الأسطح المعدنية، بينما تبقى المعادن نفسها صلبة. هذا مثالي لتضمين الإلكترونيات وإنشاء هياكل معدنية خفيفة الوزن.

تغليف الصفائح البلاستيكية (PSL)

في هذه الحالة، يتم الترابط دون استخدام مواد لاصقة، حيث تُربط طبقات المواد البوليمرية بالحرارة. ويُستخدم هذا في النماذج الأولية السريعة والنماذج التعليمية.

تصنيع الكائنات المركبة بالتصفيح الانتقائي (SLCOM)

هذه تقنية مختلفة، حيث يُجرى التصفيح باستخدام مواد أساسية مثل اللدائن الحرارية والألياف المنسوجة (الكربونية). وهي مثالية لإنتاج مكونات خفيفة الوزن تُستخدم في صناعات الطيران والسيارات.

 

المواد المستخدمة في تغليف الصفائح

تُستخدم مواد مختلفة لتصفيح الصفائح، ومع ذلك، يعتمد الأمر على التقنية والتطبيق:

أوراق ورقية

هذه المواد بأسعار معقولة، ومتوفرة بسهولة، وتُستخدم عادةً في تصميم نماذج LOM. لكنها تفتقر إلى القوة والمتانة، مما يجعلها مثالية للنماذج البصرية.

رقائق معدنية

هذه مواد مثل النحاس والألومنيوم، وهي مفيدة جدًا في UAM. بفضل خفة وزنها ومتانتها وقوتها، تُستخدم في الأجزاء الهيكلية والدوائر المدمجة.

افلام بلاستيك

تُستخدم مواد مثل البولي كربونات لخصائصها الميكانيكية الفريدة. كما أنها سهلة المعالجة، ومناسبة لإنتاج مكونات الرعاية الصحية والسلع الاستهلاكية.

التصفيح الورقي: المزايا والقيود

المزايا

• مواد منخفضة التكلفة

تعتبر الأوراق والبلاستيك رخيصة الثمن ومتوفرة على نطاق واسع.

• طباعة عالية السرعة

يمكن إضافة الطبقات بسرعة بفضل النهج القائم على الورقة.

• الحد الأدنى من نفايات المواد

يتم استخدام المناطق المقطوعة فقط، مما يقلل من النفايات.

• أحجام الأجزاء الكبيرة

فهو مناسب للنماذج الكبيرة مثل الهياكل المعمارية.

• جيد للنماذج الأولية المرئية

إنه ينتج أجزاء ذات سطح ملمس لائق للعرض.

القيود

• قوة أقل

غالبًا ما تفتقر الأجزاء إلى السلامة البنيوية لتلك الأجزاء من طرق التصنيع الإضافية الأخرى مثل التلبيد الانتقائي بالليزر أو نمذجة الترسيب المندمج.

• ضعف التصاق الطبقات الداخلية

يعتمد ذلك على طريقة الترابط والمادة المستخدمة.

• دقة أو تفاصيل محدودة

قد تكون الحواف أقل حدة من المطبوعات القائمة على المسحوق أو الراتنج.

• متطلبات المعالجة اللاحقة

غالبًا ما تكون هناك حاجة إلى هذه الأدوات لتحسين الدقة والإنهاء.

تطبيقات تصفيح الصفائح

يُعدّ تغليف الصفائح أمرًا بالغ الأهمية في مختلف الصناعات، خاصةً حيث تكون التكلفة والسرعة وحجم القطعة أمرًا بالغ الأهمية. على سبيل المثال لا الحصر:

النماذج الصناعية

يُعدّ التصفيح الورقي رخيصًا ومرنًا بما يكفي للمهندسين والمصممين لتجربته. فهو يسمح بإنشاء نماذج بصرية ونماذج أولية بسرعة وبتكلفة معقولة لأغراض الاختبار والتحقق.

نماذج معمارية

فهو مثالي لإنتاج نماذج مفصلة للمباني والهياكل.

الأدوات التعليمية والتدريبية

يتم استخدامه في المدارس ومراكز التدريب للمساعدات البصرية ونماذج العرض المادي.

إلكترونيات مدمجة

يتم استخدام التصنيع الإضافي بالموجات فوق الصوتية لتضمين أجهزة الاستشعار والأسلاك داخل الأجزاء المعدنية الصلبة في الإلكترونيات.

مكونات الطيران والسيارات

إن قدرتها على تصفيح صفائح معدنية رقيقة تجعلها مثاليةً لإنتاج مكونات قوية وخفيفة الوزن. تُستخدم هذه المكونات في صناعات السيارات والفضاء في التطبيقات التي تتطلب الموثوقية والدقة.

 

الأسئلة الشائعة

ما هي المعلمات المؤثرة على تصفيح الورقة؟

للحصول على تغليف عالي الجودة، تُعدّ إعدادات المعلمات، مثل درجة الحرارة والضغط والسرعة والمدة، بالغة الأهمية. وتختلف قيم هذه المعلمات أيضًا باختلاف نوع المادة. على سبيل المثال، ورق سميك يتراوح سمكه بين 115 و150 غرامًا.^-2 سوف تحتاج إلى ضغط يتراوح بين 3 إلى 4 بار، ودرجة حرارة تتراوح بين 95 إلى 100 ^oج، وسرعة 10 – 15 م/دقيقة.

ما هي المعايير التي تنظم منتجات الصفائح المغلفة؟

تضمن العديد من إرشادات ISO وASTM المتانة والدقة والجودة للمنتجات المغلفة بالصفائح، وهي تشمل:

• ISO/ASTM 52900 و52920 – التعريف وتنظيم ضمان الجودة.
• ISO/ASTM 52931.

هل يمكن استخدام صفائح الترقق للأجزاء النهائية أم النماذج الأولية فقط؟

نعم، يُمكن ذلك. بعض التقنيات، مثل التصنيع الإضافي بالموجات فوق الصوتية (UAM) وتصنيع الأجسام المركبة بالتصفيح الانتقائي (SLCOM)، قادرة على إنتاج قطع غيار عملية للاستخدام النهائي. وتشمل هذه القطع المكونات المعدنية خفيفة الوزن المستخدمة في صناعة الطيران أو الإلكترونيات المدمجة، حيث تتطلب المتانة والوظائف.

ومع ذلك، نظرًا لانخفاض التصاق الطبقات الداخلية ودقتها، فهي ليست مثالية للأجزاء شديدة الإجهاد ما لم تكن مُقوّاة. لذلك، يعتمد خيار استخدام التصفيح الورقي للاستخدام النهائي على المادة والتقنية ومتطلبات الأداء.

ما هي احتياطات السلامة اللازمة عند تشغيل آلات تغليف الصفائح؟

على الرغم من أن عملية تغليف الصفائح تعتبر عملية طباعة ثلاثية الأبعاد منخفضة المخاطر، إلا أنه ينبغي اتباع بعض تدابير السلامة:

• ارتدِ قفازات واقية عند التعامل مع الأسطح الساخنة أو المواد اللاصقة.
• تأكد من التهوية عند استخدام المواد اللاصقة التي قد تنبعث منها الأبخرة.
• استخدم نظارات السلامة إذا كان الأمر يتعلق باللحام بالموجات فوق الصوتية أو القطع بالليزر.
• احتفظ بالأغراض الشخصية بعيدًا عن الأجزاء المتحركة لتجنب التشابك.
• حافظ على منطقة العمل نظيفة لتجنب الحوادث.

ويجب على المشغلين أيضًا اتباع إرشادات الشركة المصنعة للآلة والحصول على تدريب على إجراءات الإغلاق في حالات الطوارئ.