OLA

دراسة حالة: قوالب أحذية مطبوعة ثلاثية الأبعاد —

فولاذ مقاوم للصدأ، ألومنيوم و MS1

طباعة ثلاثية الأبعاد بالمعادن SLM | التبريد المطابق | قوالب أحذية متعددة المواد

دراسة حالة قوالب الأحذية

1. الخلفية

كانت إحدى العلامات التجارية العالمية للأحذية الرياضية تطلق خطًا جديدًا من أحذية الجري عالية الأداء مزودًا بهيكل شبكي للنعل الأوسط أعيد تصميمه بالكامل ونمط مداس جديد للنعل الخارجي. لم تستطع قوالب الألومنيوم التقليدية المصنعة بتقنية CNC توفير الهندسة الشبكية الداخلية المطلوبة، ولا مصفوفات الدبابيس المتكاملة، ولا قنوات التبريد المطابق اللازمة لتقليل زمن الدورة بنسبة 50% في خط الحقن المباشر الجديد لرغوة EVA. احتاجت العلامة التجارية إلى أربعة أنواع متميزة من القوالب — قالب رغوة مباشرة للنعل الأوسط، وقالب نعل خارجي ثنائي التجويف مع مصفوفات دبابيس، وقالب مداس مثقب، وقالب مشكال (الجزء العلوي) — كل منها محسّن لنظام مواد مختلف وملف دورة مختلف. وقد قدّمت الطباعة ثلاثية الأبعاد بالمعادن SLM، بثلاث سبائك مختلفة، جميع القوالب الأربعة عبر سلسلة توريد واحدة.

2. التحدي

تضمنت متطلبات التصميم:

· قالب رغوة مباشرة للنعل الأوسط من ألومنيوم AlSi10Mg — تقليل زمن الدورة بنسبة 50% عبر قنوات التبريد المطابق الداخلية

· قالب النعل الخارجي من فولاذ ماراجينج MS1 (1.2709) — صلابة HRC 50–55 بعد التقادم، وسطح تآكل مصقول كالمرآة لحقن EVA / TPU

· قالب نعل خارجي مثقب من الفولاذ المقاوم للصدأ 316L — أكثر من 1000 ثقب دقيق، ومقاوم للتآكل لخدمة عوامل الرغوة

· قالب مشكال (الجزء العلوي) من الفولاذ المقاوم للصدأ 316L — هندسة مخصصة لكل مقاس، مع نمط ثقوب شبكية لتشكيل الجزء العلوي

· تسليم جميع أنواع القوالب الأربعة خلال 4 أسابيع، جاهزة لاختبارات العينة الأولى

· منصة متعددة السبائك: كل قالب مصمم لمهمته المحددة (الألومنيوم للدورة السريعة، MS1 لمقاومة التآكل تحت الضغط العالي، 316L لمقاومة التآكل والنظافة)

· حرية تصميم بنسبة 100% — نوى شبكية وتبريد مطابق ومصفوفات دبابيس تُطبع كميزات أحادية متكاملة دون تجميع

3. الحل

صُممت أنواع القوالب الأربعة كأجزاء أحادية متكاملة، كل منها مطابق لدورة تشغيله المحددة، وصُنعت بتقنية الانصهار الانتقائي بالليزر (SLM) بثلاث سبائك مختلفة. طُبع قالب الرغوة المباشرة للنعل الأوسط من ألومنيوم AlSi10Mg مع قنوات تبريد مطابق داخلية محسّنة طبوغرافيًا تتبع محيط التجويف — فانخفض زمن التبريد من 120 ثانية إلى 60 ثانية، وهو خفض زمن الدورة الذي سعت إليه العلامة التجارية. وطُبع قالب النعل الخارجي ثنائي التجويف مع مصفوفات الدبابيس من فولاذ ماراجينج MS1 (1.2709)، ثم خضع للتقادم حتى صلابة HRC 50–55 وصُقل ليصبح لامعًا كالمرآة على سطح التآكل للحقن المباشر لـ EVA / TPU. وطُبع قالب النعل الخارجي المثقب من الفولاذ المقاوم للصدأ 316L مع أكثر من 1000 ثقب دقيق، موفرًا مقاومة التآكل اللازمة لخدمة عوامل الرغوة. وطُبع قالب المشكال من الفولاذ المقاوم للصدأ 316L بهندسة مخصصة لكل مقاس حذاء، مع نمط ثقوب شبكية لخط تشكيل الجزء العلوي.

سُلّم كل قالب مع وصفة المعالجة اللاحقة الخاصة به: خضع قالب النعل الأوسط من الألومنيوم لمعالجة تخفيف الإجهادات والتنظيف بالخرز الزجاجي؛ وخضع قالب النعل الخارجي MS1 للتقادم حتى صلابة HRC 50–55 وصُقل ليصبح لامعًا كالمرآة على سطح التآكل؛ وخضع قالب النعل الخارجي 316L للتخميل وفق معيار ASTM A967 والتلميع الكهربائي على الثقوب؛ وخضع قالب المشكال 316L للتنظيف بالخرز الزجاجي للحصول على تشطيب ساتان موحد. وسُلّمت القوالب الأربعة جميعها خلال 2-4 أسابيع، مقارنة بمدة تسليم 12-16 أسبوعًا للقوالب التقليدية من الألومنيوم المصنعة بتقنية CNC.

 

الشكل 1: قالب الرغوة المباشرة للنعل الأوسط من AlSi10Mg المطبوع بتقنية SLM — قنوات التبريد المطابق الداخلية (تقليل زمن الدورة بنسبة 50%)

 

الشكل 2: قالب النعل الأوسط AlSi10Mg نفسه — جانب التجويف يُظهر الهيكل الشبكي المطبع وأنسجة مصفوفة الدبابيس

 

الشكل 3: زوج قوالب النعل الخارجي من فولاذ ماراجينج MS1 (1.2709) المطبوع بتقنية SLM (أيسر/أيمن) — تجويف بمصفوفة دبابيس، صلابة HRC 50–55 بعد التقادم، وسطح تآكل مصقول كالمرآة

 

الشكل 4: نفس زوج قوالب النعل الخارجي MS1 — منظر بزاوية يوضح تخطيط دبابيس الإخراج والبناء الأحادي المتكامل من فولاذ الماراجينج

 

الشكل 5: قالب النعل الخارجي MS1 المطبوع بتقنية SLM — لقطة مقربة لتجويف مصفوفة الدبابيس والانتقالات بين الشبكة والنسيج

 

الشكل 6: قالب النعل الخارجي MS1 المطبوع بتقنية SLM — منظر مقلوب يوضح قنوات التدفق وتوجيه خطوط التبريد

 

الشكل 7: قالب نعل خارجي مثقب من الفولاذ المقاوم للصدأ 316L المطبوع بتقنية SLM — أكثر من 1000 ثقب دقيق، مقاوم للتآكل لخدمة عوامل الرغوة

 

الشكل 8: قالب نعل أوسط من 316L المطبوع بتقنية SLM مع نمط جر متصالب ماسي (على طراز UGG) ومحيط المداس — جاهز للحقن المباشر

 

الشكل 9: قالب نعل أوسط من 316L المطبوع بتقنية SLM — منظر بزاوية يوضح نمط الجر المتصالب الماسي ومحيط المداس المتكامل

 

الشكل 10: قالب مشكال (جزء علوي) من الفولاذ المقاوم للصدأ 316L المطبوع بتقنية SLM — هندسة مخصصة لكل مقاس، نمط ثقوب شبكية، ورقم قطعة معلّم ثلاثي الأبعاد أثناء البناء

 

4. النتيجة

· تقليل زمن الدورة بنسبة 50% — زمن تبريد النعل الأوسط 120 ثانية → 60 ثانية عبر التبريد المطابق بـ AlSi10Mg

· 4 أنواع قوالب و3 سبائك — AlSi10Mg و MS1 و 316L — كل منها مطابق لمهمته المحددة

· مدة تسليم 2-4 أسابيع — مقارنة بـ 12-16 أسبوعًا للألومنيوم المصنع بتقنية CNC، واختبارات العينة الأولى خلال 30 يومًا

· أكثر من 1000 ثقب دقيق — قالب النعل الخارجي 316L، مقاوم للتآكل لخدمة الرغوة

· قالب ماراجينج بصلابة HRC 50–55 — قالب النعل الخارجي MS1، مصقول كالمرآة للحقن المباشر لـ EVA / TPU

· بناء أحادي متكامل — لا إدراجات ملحومة، ولا خطوط تبريد ملحومة باللحام الصلب، ولا انحراف ناتج عن التجميع

· مشاكل حذاء مخصصة — قالب مشكال 316L، هندسة واحدة لكل مقاس حذاء، ثقوب شبكية لتشكيل الجزء العلوي

· تقليل مدة التسليم بنسبة 80% — متوسط 4 أسابيع عبر جميع أنواع القوالب الأربعة، مقارنة بخط الأساس 16 أسبوعًا لتقنية CNC

“أطلقنا الهيكل الشبكي الجديد للنعل الأوسط ومداس النعل الخارجي الجديد خلال 30 يومًا، لا 4 أشهر. الألومنيوم للدورة السريعة، وMS1 لمقاومة التآكل، والفولاذ المقاوم للصدأ لخدمة الرغوة — ثلاث سبائك، وسلسلة توريد واحدة، وسير عمل CAD واحد.”

 

المواد: ألومنيوم AlSi10Mg  |  فولاذ ماراجينج MS1 (1.2709)  |  فولاذ مقاوم للصدأ 316L  |  العملية: طباعة ثلاثية الأبعاد بالمعادن SLM  |  التطبيق: قوالب أحذية متعددة المواد