تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد

أصبحت الطباعة ثلاثية الأبعاد واحدة من أكثر التقنيات ثورية في السنوات الأخيرة. لقد غيرت طريقة تصميم المنتجات وتصنيعها، مما خلق فرصًا جديدة للشركات والأفراد على حدٍ سواء. من الأجهزة الطبية إلى مكونات الطيران، تشتمل تقنيات الطباعة ثلاثية الأبعاد على مجموعة واسعة من التطبيقات التي يتم استكشافها في مجموعة متنوعة من الصناعات. في منشور المدونة هذا، سنلقي نظرة على تقنيات الطباعة ثلاثية الأبعاد وكيف يمكن استخدامها لفتح المستقبل.

تعد الطباعة ثلاثية الأبعاد شكلاً ثوريًا لتقنية التصنيع التي تخلق كائنات ثلاثية الأبعاد من المخططات الرقمية. يعمل عن طريق وضع طبقات متتالية من المواد حتى يتحقق الشكل المطلوب. تُستخدم الطباعة ثلاثية الأبعاد في مجموعة متنوعة من الصناعات، من الفضاء إلى الطب، ويتم استخدامها لإنشاء منتجات بسرعة أكبر وفعالية من حيث التكلفة أكثر من أي وقت مضى. كانت تقنيات الطباعة ثلاثية الأبعاد موجودة منذ الثمانينيات، لكنها اكتسبت قوة جذب مؤخرًا فقط بسبب التقدم في المواد والبرامج المستخدمة لإنشاء نماذج ثلاثية الأبعاد. هناك العديد من مواد الطباعة ثلاثية الأبعاد المختلفة المتاحة، من البلاستيك إلى المعادن وحتى السيراميك. هناك أيضًا مجموعة متنوعة من خيارات برامج الطباعة ثلاثية الأبعاد، بدءًا من البرامج مفتوحة المصدر إلى مجموعات النمذجة الاحترافية.

يمكن استخدام تقنيات الطباعة ثلاثية الأبعاد لإنشاء مجموعة واسعة من المنتجات، من الأجهزة الطبية إلى المنتجات الاستهلاكية. تُستخدم هذه التقنية لإنشاء نماذج أولية ومنتجات تامة الصنع، وكذلك لإنتاج أجزاء ومكونات للمنتجات الأكبر حجمًا. يمكن أيضًا استخدام الطباعة ثلاثية الأبعاد لإنشاء منتجات مخصصة، مثل المجوهرات الشخصية أو الديكور المنزلي.

تُستخدم تقنيات الطباعة ثلاثية الأبعاد أيضًا لإنشاء قوالب وأنماط لعمليات التصنيع التقليدية. على سبيل المثال، يمكن استخدام قالب مطبوع ثلاثي الأبعاد لإنتاج عدد كبير من المسبوكات في فترة زمنية قصيرة. غالبًا ما تكون هذه العملية أكثر فعالية من حيث التكلفة من طرق التصنيع التقليدية.

تبدأ أي عملية طباعة ثلاثية الأبعاد بنموذج رقمي ثلاثي الأبعاد، والذي يمكن إجراؤه باستخدام عدد من البرامج ثلاثية الأبعاد، مثل برامج التصميم بمساعدة الكمبيوتر (CAD) أو عن طريق مسح كائن مادي باستخدام ماسح ضوئي ثلاثي الأبعاد. ثم يتم "تقطيع" التصميم إلى طبقات، مما يجعله ملفًا يمكن قراءته بواسطة الطابعة ثلاثية الأبعاد، والتي تسمى ملف "Gcode". ترشد Gcodes الطابعات ثلاثية الأبعاد إلى كل إجراء يجب أن تقوم به الطابعة من أجل طباعة الكائن، بما في ذلك الحركات والسرعة ودرجات الحرارة وغير ذلك الكثير.

يتم بعد ذلك وضع المواد المطبوعة ثلاثية الأبعاد في طبقات وفقًا للعملية والتصميم. كما ذكرنا سابقًا، هناك عدة أنواع متميزة من تقنيات الطباعة ثلاثية الأبعاد، والتي تستخدم طرقًا مختلفة لمعالجة المواد المختلفة لإنتاج المنتج النهائي. غالبًا ما تتضمن تطبيقات النماذج الأولية الصناعية والإنتاج اليوم اللدائن الوظيفية، والمعادن، والسيراميك، والرمل وغيرها.

تستخدم الطابعات ثلاثية الأبعاد عمليات متنوعة للتعامل مع المواد المختلفة بطرق مختلفة. هناك العديد من العمليات التي يمكن من خلالها التعامل مع الطباعة ثلاثية الأبعاد، وتعتبر نمذجة الترسيب المنصهر (FDM) هي التقنية الأكثر شيوعًا والتي يمكن التعرف عليها بسهولة، والتي تقوم ببثق البوليمرات في شكل فتيل باستخدام الطارد المسخن. لا يمكن الوصول حاليًا إلى أي من عمليات الطباعة ثلاثية الأبعاد كخيارات توصيل وتشغيل نظرًا لوجود العديد من الخطوات التي يجب تنفيذها قبل الضغط على الطباعة وبعد إخراج المكون من الطابعة. بالإضافة إلى ذلك، قد يستغرق إعداد الملفات وتحويلها الكثير من الوقت والجهد، وقد تتطلب العديد من الأقسام عملية إنهاء مثل إزالة الدعم أو التلميع أو الطلاء أو الطلاء أو أنواع أخرى من اللمسات النهائية التقليدية.

في هذا الدليل، سنركز على عملية طباعة نمذجة الترسيب المنصهر (FDM)، وشرح طريقة عملها الداخلية، وخيارات المواد.

نمذجة الترسيب المنصهر (Fused Deposition Modeling)، هي نوع من تقنيات الطباعة ثلاثية الأبعاد التي تستخدم خيوط مواد الطباعة لتكوين طبقات تلو الأخرى لتشكيل مجسم ثلاثي الأبعاد. في تقنية الترسيب المنصهر، يقوم رأس الطارد بإذابة خيوط مواد الطباعة الحرارية، مما يؤدي إلى إذابة المادة وترسيبها في طبقات ثنائية الأبعاد على منصة البناء لكي تندمج معًا وتشكل جسم ثلاثي الأبعاد. يتم توجيه رأس الطارد بواسطة ملف (Gcode)، والذي يعطي أوامر تعليمات الطباعة، حتى يتم طباعة المجسم ثلاثي الأبعاد.

تأخذ طابعات الـ FDM في بعض الأحيان قدرًا كبيرًا من الوقت من أجل تهيئة إعدادات الطابعة وضبطها لتحقيق درجة المتانة والجودة المطلوبة. على عكس تقنيات الطباعة ثلاثية الأبعاد الأخرى، تعتمد تقنية النمذجة بالترسيب المنصهر بشدة على الحركة المادية، وبالتالي فإن العديد من مكونات الطابعة، بالإضافة إلى المعايرة، تتطلب صيانة واهتمامًا متكررًا: شد الحزام وتنظيف الطارد وتزييت المسارات الحديدية وحتى أجزاء الاستبدال، مثل رأس الطارد الساخن. أيضًا، يمكن أن تتسبب دقة أبعاد المواد الضعيفة إلى مجموعة من تحديات إذابة مواد الطباعة وترسيبها مما يؤدي إلى تغييرات في جودة الطباعة ثلاثية الأبعاد.

جميع المواد المستخدمة في طباعة تقنية النمذجة بالترسيب المنصهر هي مواد بلاستيكية، وعادة ما تأتي في بكرات على شكل خيوط يتم تغذيتها في رأس الطارد.

تعتبر مادة الـ(PLA) أحد أكثر المواد شيوعا للاستخدام في تقنية النمذجة بالترسيب المنصهر، وهو بوليمر طبيعي مصنوع من المحاصيل النشوية مثل الذرة وقصب السكر، وهو سهل جدًا للطباعة. مادة الـ(ABS)، وهو بلاستيك قوي ودائم تستخدمه الصناعة بشكل عام، مادة الـ(PETG)، وهو بلاستيك من نوع PET معروف بمتانته ومقاومته للحرارة والتحمل الشديد. تشمل خيوط الطباعة لتقنية النمذجة بالترسيب المنصهر أيضا على مواد أخرى تعتبر أقل شيوعًا بالبلاستيك التقليدي مثل النايلون والمواد المرنة وغيرها

من المواد المتخصصة والتي تحتوي على ألياف الكربون والخشب وحتى المعادن.

تعتبر مادة الـ(PLA) عن خيوط قابلة للتحلل بيولوجيًا وصديقة للبيئة تُستخدم بشكل شائع في الطباعة ثلاثية الأبعاد. تشتهر بلمساتها الناعمة اللامعة، وهي خيار شائع لإنشاء النماذج والنماذج الأولية.

الـ (PLA) هي المادة الأكثر شيوعًا والمستخدمة في طباعة تقنية النمذجة بالترسيب المنصهر، حيث يأتي ذلك بسبب استخدامها الآمن، أسعارها المعقولة، وسهولة الطباعة. يمكن أيضا استخدام خيوط الـ(PLA) لمجموعة كبيرة من التطبيقات، وهي تأتي في مجموعة متنوعة بنفس القدر من المواد المركبة والألوان.

اعتبرت مادة الـ(PETG) في الفترة السابقة كالمادة الرئيسية للطباعة ثلاثية الأبعاد في السنوات الأخيرة. نظرًا لكونها مادة سهلة الطباعة وآمنة للطعام ومتينة وبأسعار معقولة، فقد تم استبدال مواد الـ(ABS) بها لاعتبارها ثاني أكثر المواد شيوعًا بعد الـ(PLA).

نظرًا لقوتها العالية ومقاومتها للصدمات ومقاومتها لدرجة الحرارة مقارنةً بـالـ(PLA)، غالبًا ما يتم استخدام الـ(PETG) للتطبيقات العملية التي تحتاج إلى كثرة الاستخدام المنتظم مع بعض المرونة.

كما يشير الاسم، هي في الأساس بلاستيك ذات خصائص شبيهة بالمطاط تجعلها مرنة ومتينة للغاية. نتيجة لذلك، يتم استخدمها على نطاق واسع في تصنيع قطع غيار السيارات، والأجهزة المنزلية، والمستلزمات الطبية.

النايلون هو مادة صلبة ومرنة وخفيفة الوزن تُستخدم غالبًا لإنشاء مجسمات ذات أشكال هندسية معقدة، مثل التروس والأجزاء الميكانيكية.

النايلون، المعروف أيضًا باسم البولي أميد (PA) ، هو عائلة مشهورة من البوليمرات الاصطناعية المستخدمة في العديد من التطبيقات الصناعية. كخيوط للطباعة ثلاثية الأبعاد، فإنه يتفوق حيث تكون القوة والمرونة والمتانة من المتطلبات الأساسية.

يعد مستقبل مواد الطباعة ثلاثية الأبعاد أمرًا مثيرًا، حيث تظهر المواد الجديدة والتقدم التكنولوجي باستمرار. من المواد القابلة للتحلل والصديقة للبيئة إلى المواد التي يمكن أن تحاكي خصائص المعادن والسيراميك. تختلف كل مادة بحسب طبيعتها ومميزاتها وكذلك عيوبها، وسيعتمد الخيار الأفضل على حسب المتطلبات المحددة للاستخدام. لذلك تتضمن بعض العوامل التي يجب مراعاتها عند اختيار المواد القوة والمتانة المطلوبة والصفات الجمالية والاستخدامات. يعد اختيار مادة الطباعة المناسبة جانبًا حاسمًا في عملية الطباعة ثلاثية الأبعاد لأنها تؤثر على جودة الطباعة للمنتج النهائي.

يمكن استخدام خدمات الطباعة ثلاثية الأبعاد لإنتاج منتجات مخصصة، وكذلك لإنتاج مكونات لمنتجات أكبر. غالبًا ما تكون الخدمات فعالة من حيث التكلفة، لأنها تتطلب الحد الأدنى من الإعداد ويمكن إكمالها بسرعة.

مع Sketchat، المنصة الرائدة لخدمات الطباعة ثلاثية الأبعاد ومعرض النماذج ثلاثية الأبعاد، تقدم لعملائها الخدمات التالية:

طباعة ثلاثية الأبعاد مخصصة

تصميم النماذج الأولية وتطويرها

معرض النماذج والمنتجات ثلاثية الأبعاد الجاهزة

أحدثت تقنيات الطباعة ثلاثية الأبعاد ثورة في طريقة تصميم المنتجات وتصنيعها. من هذا الباب تم فتح أبواب وفرص جديدة للابتكار والتميز في شتى المجالات، من الأجهزة الطبية إلى صناعات الطيران والفضاء، والمنتجات الاستهلاكية الفريدة والمتخصصة. يمكن استخدام تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد لإطلاق العنان للمستقبل.