الدرس 8.8التشكيل الأوليالفصل 8 · التصنيع الإضافي

التصنيع الإضافي بالقوس والسلك (WAAM)

روبوت لحام يرصّ سلكًا منصهرًا بالقوس على شكل خرزات (الترسيب بالطاقة الموجّهة)

التصنيع الإضافي بالقوس والسلك (WAAM) هو طباعة ثلاثية الأبعاد بروبوت لحام. يصهر قوس كهربائي سلك لحام عاديًا، ويرصّ الروبوت خرزة بعد خرزة في قطعة قد يبلغ طولها أمتارًا. وهو أرخص وأسرع طريقة لطباعة القطع المعدنية الكبيرة، من مراوح السفن إلى جسر للمشاة.

خلية روبوت WAAM · لقطة مقرّبة للقوس ومقطع عبر الجدار، 5 خطواتأعلى اليسار: خلية الروبوت. أعلى اليمين: لقطة مقرّبة لطرف الشعلة. الأسفل: مقطع عبر الجدار قبل التشغيل وبعده. الأرقام داخل الدوائر تطابق الخطوات أدناه.

كيف تعمل

تغذية السلك. يسحب مغذٍّ سلك اللحام، بسماكة عادةً نحو 1–1.6 مم، من بكرة ويدفعه عبر الشعلة.
إشعال القوس. يقفز قوس كهربائي (شرارة مستمرة، حرارتها آلاف الدرجات) من طرف السلك إلى القطعة. يصهر السلك، وتسقط القطرات في بركة منصهرة أعلى الجدار.
حماية الحوض. الغاز المتدفق من الفوهة، عادةً الأرجون أو خليط منه، يبعد الهواء. وبدونه يتأكسد المعدن الساخن (يتفاعل مع الأكسجين) فيصبح ضعيفًا ومساميًا.
رصّ الخرزات. يجرّ الروبوت الشعلة على الجدار، وتتجمد البركة إلى خرزة خلفها. بعد كل طبقة، ترتفع الشعلة نحو 1–2 مم وتضع التالية.
التبريد ثم التشغيل. يجب أن تبرد كل طبقة قليلًا قبل التي تليها، وإلا ترهل الجدار. وفي النهاية، تقطع آلة تفريز الجوانب المتموجة لتسويتها إلى المقاس النهائي.

حقائق أساسية

المواد: أي سلك قابل للحام تقريبًا: فولاذ الكربون والفولاذ المقاوم للصدأ، الألومنيوم، التيتانيوم، سبائك النيكل والبرونز
القطع النموذجية: قطع كبيرة قريبة من الشكل النهائي (قريبة من شكلها الأخير، وما زالت تحتاج إلى تشغيل): مراوح، وصلات أنابيب، شفات، هياكل طيران، منشآت معمارية
حجم القطعة: من نحو 0.2 م إلى عدة أمتار، يحدّها مدى الروبوت أو سككه أو الجسر المتحرك
الدقة: نحو ±0.5–1 مم كما تُبنى؛ والتشغيل يوصلها إلى نحو ±0.05 مم
تشطيب السطح: خشن ومتموج كما يُبنى، مع تموجات يمكنك الإحساس بها؛ والأوجه المشغّلة ناعمة
حجم الدفعة المناسب: قطع فردية ودفعات صغيرة من قطع كبيرة
كلفة العدّة والآلة: بلا أدوات قالبية. يُبنى من روبوتات لحام ومصادر طاقة قياسية: عادةً بضع مئات آلاف الدولارات، أقل بكثير من أنظمة الليزر. والسلك أرخص بكثير من مسحوق المعدن
السرعة: عادةً 1–4 كغ من المعدن في الساعة، أسرع نحو عشرة أضعاف من اندماج سرير المسحوق

نقاط القوة والحدود

نقاط القوة

معدل بناء مرتفع جدًا للقطع الكبيرة
معدات منخفضة التكلفة وسلك رخيص
بلا حد للحجم تقريبًا: يمكن للروبوت أن يسير على سكك
معدن مهدور قليل مقارنةً بالتشغيل من كتلة صلبة

الحدود

أسطح خشنة ومتموجة: التشغيل لازم دائمًا
تفاصيل خشنة: لا ثقوب صغيرة ولا جدران رقيقة ولا ميزات دقيقة
الحرارة تُراكم إجهادًا وتشوهًا، فقد تلتوي القطع
انتظار تبريد كل طبقة يبطئ البناء

أين تُستخدم

الملاحة البحريةمراوح السفن وريش المراوح من البرونز
الطيرانقطع كبيرة من التيتانيوم والألومنيوم تُطبع كقطع خام ثم تُشغَّل
النفط والغاز والطاقةوصلات الأنابيب والشفات وأجسام الصمامات، غالبًا كقطع غيار سريعة
الإنشاءات والعمارةعُقد وهياكل فولاذية، مثل جسر مشاة مطبوع في أمستردام
الفضاءمحركات دفع الصواريخ وقطع هيكلية كبيرة

كيف تتعرف عليها

جدران مكوّنة من خرزات لحام مرصوصة ظاهرة، مثل لفّة حبل.
غالبًا صبغة حرارية قوس قزحية (ألوان القش والأزرق والأرجواني) على أسطح الفولاذ والتيتانيوم.
صفيحة قاعدة سميكة ما زالت متصلة، أو آثار منشار حيث فُصلت.
أوجه مسطحة مشغّلة بجوار أوجه خشنة متموجة مباشرة.