الطباعة ثلاثية الابعاد

[زخات مطر]

تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد

الطّباعة ثلاثيّة الأبعاد هي إحدى تقنيات التصنيع، حيث يتم تصنيع القطع عن طريق تقسيم التصاميم ثلاثية الأبعاد لها إلى طبقات صغيرة جدا باستخدام برامج الحاسوبية ومن ثم يتم تصنيعها باستخدام الطابعات ثلاثية الأبعاد عن طريق طباعة طبقة فوق الأخرى حتى يتكون الشكل النهائي. ويختلف هذا النظام عن نظامي القولبة والنّحت اللذين يبددان أكثر من 90% من المادة المستخدمة في التصنيع والطابعات ثلاثية الأبعاد في العادة أسرع وأوفر وأسهل في الاستعمال من التكنولوجيات الأخرى للتصنيع. وتتيح الطابعات ثلاثية الأبعاد للمطورين القدرة على طباعة أجزاء متداخلة معقدة التركيب، كما يمكن صناعة أجزاء من مواد مختلفة وبمواصفات ميكانيكية وفيزيائية مختلفة ثم تركيبها مع بعضها البعض . التكنولوجيات المتقدمة للطباعة ثلاثية الأبعاد تنتج نماذج تشابه كثيراً منظر وملمس ووظيفة النموذج الأولي للمنتج.

في السنوات الأخيرة، أصبح من الممكن مالياً تطبيق الطباعة ثلاثية الأبعاد على مستوى المشاريع الصغيرة-المتوسطة، بذلك انتقلت النمذجة من الصناعات الثقيلة إلى البيئة المكتبية، وبأسعار تصل إلى 5,000 دولار للطابعة ثلاثية الأبعاد. كما أنه يمكن تطبيقها الآن في نفس الوقت على مجموعات مختلفة من المواد.

الاستعمالات

تستخدم هذه التقنية في المجوهرات، الأحذية، التصميم الصناعي، العمارة، الهندسة، والانشاءات، السيارات، الطائرات، طب الأسنان والصناعات الطبية.

مبدأ الطّباعة

الخطوة الأولى لطباعة مجسم ثلاثي الأبعاد هو بناء النموذج ثلاثي الأبعاد أو ما يسمى ملف " STL" ، حيث يمكن الحصول عليه من الماسح الضوئي ثلاثي الأبعاد، أو من خلال تصميمه بإحدى البرامج المخصصة لذلك مثل "3D MAX, Google Sketchup, Autocad … ". وبعد ذلك تأتي الخطوة الثانية وهي فحص الملف من الأخطاء في التصميم مثل عدم اتصال النقاط، حيث أن هذه الملفات بالعادة تحتوي العديد من هذه الأخطاء، خاصة تلك النماذج المأخوذة من الماسح الضوئي ثلاثي الأبعاد، وتسمى هذه العملية بعملية التصحيح، ومن ثم في الخطوة الثالثة يتم إرسال النموذج المصحح إلى ما يسمى بالمقطع "Slicer"، حيث يقوم هذا البرنامج بتقطيع النموذج إلى مجموعة كبيرة من الطبقات الرقيقة جدًا "شرائح" قد يتجاوز عددها ألف طبقة، ويسمّى الملف الناتج من هذه العملية ملف "G-Code"، وهو يحتوي على مجموعة من التعليمات والأوامر التي تساعد الطابعة على إنجاز العمل بالكفاءة المطلوبة. بعد ذلك يرسل الملف إلى الطابعة لتنفذه بناءً على التكنولوجيا المستخدمة في الطابعة، وفي النهاية يدخل المجسم الناتج في عملية التنظيم والتنعيم لإزالة الحواف والأجزاء غير المرغوب بها

تحديات الطباعة ثلاثية الأبعاد

.
نتيجة للتقدم التكنولوجي المستمر، ومحاولة استخدام الطّباعة ثلاثيّة الأبعاد في أغلب المجالات، كان لا بد لهذه التقنية من أن تواجه بعض الصعوبات والتحديات التي تمثلت في القطاعات التالية : التحديات في قطاع المواد، التحديات في قطاع وقت الإنتاج والطّباعة، التحديات في قطاع تكلفة الطّباعة.
التحديات في قطاع المواد
هناك الكثير من المواد التي تستخدم في الطّباعة ثلاثيّة الأبعاد، مثل البلاستيك الحراري والبوليمرات والمعادن بالإضافة إلى المواد العضوية، لكن الباحثين ما زالوا في صدد اكتشاف مواد جديدة بمواصفات محددة، وما زال قطاع مواد الطّباعة يشكل تحديا كبيرًا لهؤلاء الباحثين، وتوجهت التحديات في قطاع المواد نحو المناحي التالية : استخدام مواد مختلفة، دمج المواد واستخدام أكثر من مادة في الصنيع، دقة الطّباعة.

أكثر المواد استخداما في الطّباعة ثلاثيّة الأبعاد هي البلاستيك الحراري، لأنه سهل التليين عند الطّباعة، ويتصلب في درجة حرارة الغرفة العادية . وأيّضا المواد العضوية مثل ( PLA, ABS) المكونتين من حمض "البوليلاكتيك" المستخرج من حمض اللاكتيك، ولكن المشكلة الأساسية في هذه المواد هي أنها تتقلص ويتغير شكلها وتتشوه عند تبريدها. ولهذا يبحث العلماء والباحثون عن المواد الأكثر استقرارًا عند تسخينها أو تبريدها، كما أنهم يبحثون في موضوع طباعة المعادن، ويبحثون أكثر في مجال الطّباعة العضوية لما له من أهمية واستخدامات كبيرة خاصة في المجال الطبي.

دمج المواد وخلط أكثر من مادة مع بعضها البعض
لكل مادة خصائصها، ودمج أكثر من مادة مع بعضها البعض يعني أساليب وظروف وبيئات مختلفة للطباعة، والأسلوب السائد حاليا لطباعة مجسم يحتوي موادَّ مختلفة، هو العمل فيه على مراحل مختلفة، لكل مرحلة خصائصها وظروفها وأسلوبها المناسب للمادة المراد العمل بها. ولطباعة مجسم يحتوي على عدة مواد، يجب أن تكون لهذه المواد خصائص معينة تتناسب مع ظروف طباعة المادة التي تليها، كأن لا تذوب لو تعرضت لحرارة أعلى أو لا يتغير شكلها. حاليًا استطاع الباحثون والمطورون العمل على أكثر من لون من نفس المادة، أو طباعة المجسم بأكثر من أسلوب، مثل طباعة القطع الإلكترونية الصغيرة، حيث يطبع البلاستيك على طابعة مخصصة لطباعة البلاستك، ومن ثم على طابعة أخرى مخصصة للمعادن تطبع المكونات المعدنية، العمل المستقبلي في هذا الإطار هو لتحديد متى وأيّن تطبع مادة معينة في المجسم على نفس الطابعة دون تحريك القطعة أو نقلها من مكان إلى آخر.


أترككم مع بعض الصور