الدرس 8.9التشكيل الأوليالفصل 8 · التصنيع الإضافي

التصنيع الإضافي بالموجات فوق الصوتية (UAM)

اهتزاز فوق صوتي يلحم رقائق معدنية دون صهر، ثم تقلّمها آلة تفريز (تصفيح الصفائح)

التصنيع الإضافي بالموجات فوق الصوتية (UAM) يبني قطعًا معدنية بلحام رقائق رقيقة بعضها فوق بعض باهتزاز عالي التردد. لا شيء ينصهر: يبقى المعدن صلبًا، كما يمكن أن يلتصق سطحان معدنيان نظيفان جدًا عند فركهما بقوة. ولأنه يعمل باردًا، يستطيع UAM دفن مستشعرات وأسلاك وقنوات تبريد داخل معدن صلب.

الصورة: Fabrisonic LLC, CC BY-SA 4.0, عبر Wikimedia Commons

التصنيع الإضافي بالموجات فوق الصوتية · اللحام والتشغيل، 5 خطواتاليسار: الرقائق وهي تُلحم، مع الوصلة مكبَّرة أدناه. اليمين: خطوة التشغيل التي تليها. الأرقام داخل الدوائر تطابق الخطوات أدناه.

كيف تعمل

وضع رقاقة. يُفرد شريط من رقاقة معدنية، سماكته عادةً نحو 0.15 مم وعرضه 25 مم، على القطعة.
الضغط والاهتزاز. يتدحرج السونوترود (بوق على شكل عجلة تحركه اهتزازات فوق صوتية) فوق الرقاقة. يضغط بقوة ويفركها من جانب إلى آخر نحو 20,000 مرة في الثانية (20 kHz).
الالتحام دون صهر. الفرك يكسر غشاء الأكسيد الرقيق (طبقة من الصدأ) على السطحين. يلامس معدن نظيف معدنًا نظيفًا وتترابط الذرات، بينما تبقى القطعة دافئة لا منصهرة.
التكرار. تُوضع الرقائق جنبًا إلى جنب وفوق بعضها، فتُبنى كتلة صلبة طبقة بعد طبقة.
التشغيل والتضمين. كل بضع طبقات، تقلّم آلة تفريز CNC مدمجة (أداة قطع متحكَّم بها بالحاسوب) الحدود وتقطع القنوات أو الجيوب. تدخل المستشعرات أو الألياف في جيب، وتغلقها رقائق جديدة.

حقائق أساسية

المواد: سبائك الألومنيوم (الأكثر شيوعًا)، رقائق النحاس والتيتانيوم والنيكل والفولاذ؛ وأزواج مختلفة مثل الألومنيوم مع النحاس أو التيتانيوم
القطع النموذجية: مبادلات حرارية بقنوات داخلية، قطع بمستشعرات أو ألياف مضمّنة، ألواح متعددة المعادن ووصلات انتقالية
حجم القطعة: من بضعة سنتيمترات إلى نحو 1.8 م عرضًا في أكبر الآلات
الدقة: تحدده آلة تفريز CNC المدمجة: نحو ±0.05 مم على الأوجه المشغّلة
تشطيب السطح: مشغّل آليًا، فهو ناعم كأي قطعة مفرَّزة
حجم الدفعة المناسب: نماذج أولية وقطع فردية وسلاسل صغيرة من قطع عالية القيمة
كلفة العدّة والآلة: بلا أدوات قالبية. تكلّف الآلات عادةً من عدة مئات آلاف إلى ملايين الدولارات
السرعة: من ساعات إلى أيام للقطعة: اللحام سريع، لكن توقفات التشغيل تضيف وقتًا

نقاط القوة والحدود

نقاط القوة

لا صهر، فتتصل معادن مختلفة دون طبقات هشة
المستشعرات والألياف والإلكترونيات تنجو من دفنها في المعدن
قنوات داخلية بلا دعامات ولا مسحوق سائب يجب تنظيفه
دقة وتشطيب مشغّلان من الآلة نفسها

الحدود

يعمل أفضل مع المعادن الأليَن؛ والألومنيوم هو الأسهل بفارق كبير
الروابط بين الرقائق قد تكون أضعف في اتجاه التراص
أشكال كتلية في الغالب؛ والميزات الرقيقة أو الطويلة أو المعقدة صعبة
مصنّعو آلات قلة ومعدات مكلفة

أين تُستخدم

الطيران والفضاءمبادلات حرارية وقطع تحكم حراري للأقمار الصناعية والطائرات
الإلكترونياتألواح تبريد وأغلفة بقنوات تبريد مدمجة
الطاقة والأبحاثهياكل بألياف ضوئية أو مستشعرات حرارة مضمّنة
الصناعات الثقيلةوصلات انتقالية متعددة المعادن، مثل ألومنيوم مرتبط بالفولاذ أو النحاس

كيف تتعرف عليها

قطع كتلية تبدو مفرَّزة من كتلة صلبة، بلا خطوط طبقات من الخارج.
على مقطع مقصوص ومحفور كيميائيًا، خطوط رفيعة تبعد نحو 0.15 مم بعضها عن بعض: طبقات الرقائق.
معدنان مختلفان في كتلة واحدة، مثل ألومنيوم على نحاس، يلتقيان عند حدّ حاد ومستقيم.
قنوات أو أسلاك داخلية مخفية لم تكن أي أداة قطع لتصل إليها من الخارج.