ليس من الخيال أن يحاكي أي إنسان مجسم أو نموذج ثلاثي الأبعاد لتكوين صورة طبق الأصل عنه في الحياة الواقعية، سنتعرف
خلال هذا المقال على تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد وعن تاريخها وتطوراتها مع الوقت، وما هي أهمية هذه التقنية في التصنيع، وأنواع الطابعات في العالم.
تاريخ الطباعة ثلاثية الأبعاد:
طرحت فكرة الطابعة ثلاثية الأبعاد في عم 1976، عندما اخترعت الطابعة النافثة للحبر، وفي الثمانينيات بدأت أول الطابعات ثلاثية الأبعاد، وكانت تسمى تقنية النماذج الأولية السريعة، ويعود هذا المسمى إلى العملية التي كانت في الأصل تظهر كوسيلة سريعة وفعالة من حيث تكلفة الإنشاء.
في عام 1984، ومع تغييرات وتطورات عديدة في مجال الطباعة ثلاثية الأبعاد تحولت الطباعة من الطباعة مع الحبر إلى طباعة مع مواد، وتعود أصول هذه التقنية إلى عام 1986، عندما أصدرت أول براءة اختراع لجهاز مجسمات (SLA) وتعود هذه البراءة إلى تشارلز هال.
ما هي الطباعة ثلاثية الأبعاد؟
هي تقنية مبتكرة تجعل المستخدم قادر على صنع النماذج من خلال نموذج رقمي باستخدام إحدى برامج التصميم التي تعمل على مبدأ (CAD)وتعرف باسم التصنيع المضاف،
ويتم خلال عملية الطباعة ترجمة النموذج الرقمي إلى سلسلة من شرائح أفقية في لغة الآلة، وتتم طباعته باستخدام إضافة طبقات دقيقة جدا ومتعاقبة (لا يتجاوز سمكها أجزاء من الميليمتر) حتى يتم إنشاء المجسم ثلاثي الأبعاد باستخدام تقنيات عديدة ومختلفة.
استخدامات الطباعة ثلاثية الأبعاد:
ما يجعل الطباعة ثلاثية الأبعاد فريدة من نوعها هو قدرتها على تصنيع كائنات صلبة كاملة ومعقدة. حيث تستطيع طباعة (صناعة) المجسمات والأدوات بطرق لا محدودة، وبمختلف المواد والمعادن. دخلت الطباعة ثلاثية الأبعاد العديد من المجالات منها الفنية، والتراثية والاثرية، والألعاب وسيارات ومبانٍ وفي المجال الطبي تمكنت الطباعة ثلاثية الأبعاد من توفير أطراف صناعية مطبوعة لهؤلاء الذين فقدوا أيديهم أو أرجلهم فى حوادث، لتصبح الأطراف الصناعية تطبيقا مثاليا للطباعة ثلاثية الأبعاد.
وقد أثرت هذه التكنولوجيا على التاريخ الإنساني الحديث ربما أكثر من أي مجال آخر. حيث جعلت حياتنا أفضل من نواحي كثيرة، وفتحت آفاقا وإمكانيات جديدة. بالنسبة لمعظم الصناع، هي اختصار قوي لعمل كائنات دقيقة ومعقدة لأغراض مختلفة لا نهاية لها.
هناك عدة أنواع من الطابعات ثلاثية الأبعاد أهمها :
ستيريوليثغرافي (stereolithography ):
SLA تمثل أقدم التقنيات في الطباعة ثلاثية الأبعاد. وهي عملية تعتمد على الليزر والتي تستخدم التبلمر الضوئي لصنع مجسمات صلبة من السوائل. فهي تستخدم خزان مليئا براتينج السائل ضوئي التبلمر قابل للمعالجة باستخدام الليزر لبناء المجسم النهائي طبقة بعد أخرى. وهي عملية معقدة، ولكن ببساطة، يتم وضع الراتنجفوتوبوليمر في وعاء مع المنصة المنقولة في الداخل، يتم توجيه شعاع الليزر في محاول X-Y عبر سطح الراتنج وفقا للبيانات المقدمة إلى الجهاز، ثم يقوم برسم مقطع عرضي من شكل المجسم على سطح الراتنج لتشكيل أجزاء صلبة بطريقة دقيقة. وبمجرد الانتهاء من الطبقة.
بسبب طبيعة عمليةSLA ، فإنها تتطلب هياكل لدعم بعض الأجزاء البارزة في المجسمات، هذه الهياكل تحتاج إلى إزالة يدويا. ومن حيث خطوات المعالجة، العديد من المجسمات ثلاثية الأبعاد المطبوعة باستخدامSLA تحتاج إلى تنظيف ومعالجة. العلاج ينطوي على خضوع الجزء إلى ضوء مكثف في آلة تشبه الفرن لتصلب الراتنج.
يتم قبول المجسم عموما باعتبارها واحدة من عمليات الطباعة ثلاثية الأبعاد الأكثر دقة. ومع ذلك فإن عملية المعالجة المطلوبة يمكن أن تجعل المنتج أكثر هشاشة. وهي شعبية في مجال الصناعات مثل المجوهرات وطب الأسنان التجميلي.
النمذجة بالترسيب المنصهر (FDM) :
عملية سحب المواد بالحرارة هي الأكثر شيوعا، والاسم الأكثر شعبية لهذة العملية هي النمذجة بالترسيب المنصهر (FDM) .تعمل هذه العملية عن طريق ذوبان خيوط البلاستيك التي يتم سحبها من البكرة ليغذي فوهة الطارد (extruder) الساخن والذي يستطيع التحكم في السريان بوقفه أو تشغيله، ويدفع البلاستيك المنصهر في إحداثياتX و Y في حين أن منصة البناء تنخفض في إتجاه z عند الانتهاء من كل طبقة لتشكيل طبقات متتالية على منصة البناء وفقا للبيانات ثلاثية الأبعاد المقدمة إلى الطابعة.
تقوم الآلة باستخدام خامتين، واحدة للنموذج النهائي وواحدة لبناء الدعم في حال كان المجسم يحتوي على بروز في بعض الأجزاء، حيث يتم التخلص منه بعد ذلك.
هذا النوع من الطابعات ثلاثية الأبعاد هو وسيلة فعالة من حيث التكلفة لتطويرالمنتجات والنماذج الأولية السريعة في قطاع الأعمال الصغيرة وقطاع التعليم لأنها قادرة على تصنيع أجزاء قوية موثوق بها نسبيا وبسرعة، على الرغم من أن عملية ما بعد المعالجة يمكن أن تكون مطلوبة.
معالجة الضوء الرقمي (DLP) :
معالجة الضوء الرقمي (DLP) وستيروليثوغرافي (stereolithography) لديهم الكثير من القواسم المشتركة. يستخدم كلا النوعية البوليمر الضوئي السائل photopolymers)) ، إلا أن الفرق الرئيسي هو مصدر الضوء. DLS تستخدم مصدر ضوء أكثر تقليدية، مثل المصباح القوسي، مع لوحة عرض الكريستال السائل أو شبكة من المرايا الصغيرة. هذه المريا قابلة للإمالة ذهابا وإيابا. فعند إمالة المرآة، فإنها تعكس الضوء وينشئ بكسل مضئ ، وعندما تميل للجهة الأخرى فيكون بكسل مظلم. يتم استخدام هذه التكنولوجيا في أجهزةالعرض السينمائي، والهواتف المحمولة، وأيضا في الطابعات ثلاثية الأبعاد. حيث يتم تطبيق الضوء على سطح كامل من الراتنج البوليمر الضوئي في تمرير واحد، مما يجعله أسرع منSL .
وأيضا مثلSL ،DLP تنتج أجزاء دقيقة للغاية مع تصميم ممتاز، ولكن أوجةالتشابة أيضا تشمل نفس المتطلبات لهياكل الدعم وما بعد المعالجة. ومع ذلك، هناك ميزة واحدة للـ DLS أكثر من SL هو أن هناك حاجة فقط لراتنج ضئيل لتسهيل هذه العملية، مما يؤدي إلى تقليل النفايات وانخفاض تكاليف التشغيل .
التلبيد الانتقائي بالليزر (SLS) :
هي مماثلة لـSLA ، ولكن الفرق الرئيسي هو أن هذا النوع من الطباعة ثلاثية الأبعاد يستخدم مسحوق من المواد في منطقة البناء بدلا من الراتنج السائل. تستخدم هذه التقنية ليزر عالي القدرة للحام الجزيئات الصغيرة من البلاستيك أو المعادن في كتلة صلبة تحمل شكل المجسم المطلوب. حيث يتم توجيه الليزر عبر منصة الحاملة للمسحوق، وفقا للبيانات ثلاثية الأبعاد المقدمة للجهاز، في محاور X-Y .كما يتفاعل الليزر مع المسحوق/البودرة فيقوم بلحم هذا الجزيئات بشكل انتقائي لتشكل طبقة صلبة.وبمجردالإنتهاء من طبقة تنخفض المنصة التي تحمل المسحوق درجة إلى الأسفل، بمقدار سمك الطبقة المطلوبة، تدريجيا وتضاف طبقة جديدة من البودرة، ومن ثم تعاد نفس العملية مع طبقة جيدة، وهكذا حتى يكتمل الشكل.
ويستخدم SLS على نطاق واسع لتطوير المنتجات والنماذج الأولية السريعة في مجموعة واسعة من الصناعات التجارية. المواد المستخدمة في SLSيمكن أن تتراوح من النايلون و الزجاج والسيراميك إلى الألومنيوم والفضة وحتى الفولاذ.
أقرأ ايضا
