الطباعة ثلاثية الأبعاد هي عملية تصنيع تقوم بإنشاء كائن مادي ثلاثي الأبعاد من ملف رقمي. تسمى هذه العملية التصنيع الإضافي ، مما يعني أن المادة تُضاف ولا تُزال.
باستخدام الطباعة ثلاثية الأبعاد ، يمكنك إنشاء تصميم رقمي ثلاثي الأبعاد في برنامج نمذجة ، يُعرف باسم برنامج CAD ، ثم استخدام طابعة ثلاثية الأبعاد لإنتاج طبقات من المواد لتشكيل الكائن النهائي. تستخدم الشركات والباحثون والمهنيون الطبيون والهواة وغيرهم الطباعة ثلاثية الأبعاد لمجموعة من التطبيقات.
إليك نظرة على كيفية ظهور الطباعة ثلاثية الأبعاد ، وكيف تعمل ، وما الغرض من استخدامها ، وما يحمله المستقبل لهذه التقنية.
قد تكون الطباعة ثلاثية الأبعاد جزءًا من فيلمك المفضل. تستخدم الدعائم في أفلام مثل Black Panther و Iron Man و The Avengers و Star Wars الطباعة ثلاثية الأبعاد ، مما يسمح لمصممي المجموعة بإنشاء الدعائم وإعادة إنشائها بسهولة وبتكلفة زهيدة.
تاريخ (ومستقبل) الطباعة ثلاثية الأبعاد
في أوائل الثمانينيات ، ظهرت تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد ، لكنها عُرفت باسم تقنية النماذج الأولية السريعة أو RP. في عام 1980 ، قدم الدكتور كوداما من اليابان طلب براءة اختراع لتكنولوجيا RP ، لكن العملية لم تكتمل.
في عام 1984 ، اخترع Charles "Chuck" Hull عملية أطلق عليها اسم الطباعة الحجرية الحجرية ، والتي تستخدم ضوء الأشعة فوق البنفسجية لتقوية المادة وإنشاء كائن ثلاثي الأبعاد طبقة بطبقة. في عام 1986 ، حصل هال على براءة اختراع لجهاز الطباعة الحجرية أو آلة SLA.
ذهب تشاك هال ليشكل شركة 3D Systems Corporation ، إحدى أكبر شركات التكنولوجيا ثلاثية الأبعاد في العالم.
تم تطوير عمليات وتقنيات أخرى للطباعة ثلاثية الأبعاد في نفس الوقت تقريبًا ، واستمرت التحسينات الإضافية خلال التسعينيات وأوائل القرن الحادي والعشرين. ومع ذلك ، كان التركيز الأساسي لتقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد هو النماذج الأولية والتطبيقات الصناعية.
بدأت تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد في لفت الانتباه من قبل وسائل الإعلام السائدة في عام 2000 عندما تم إنشاء أول كلية مطبوعة ثلاثية الأبعاد ، على الرغم من أن عملية الزرع الناجحة للكلية ثلاثية الأبعاد لم تحدث حتى عام 2013. في عام 2004 ، تم تنفيذ مشروع RepRap طابعة ثلاثية الأبعاد تطبع طابعة ثلاثية الأبعاد أخرى. تم جذب المزيد من اهتمام وسائل الإعلام في عام 2008 مع أول طرف اصطناعي مطبوع ثلاثي الأبعاد.
تلا ذلك تطورات ثلاثية الأبعاد أخرى بسرعة ، بما في ذلك منزل مطبوع ثلاثي الأبعاد انتقلت إليه العائلة في عام 2018.
اليوم ، الطباعة ثلاثية الأبعاد لا تتعلق فقط بالنماذج الأولية والتصنيع الصناعي. يستخدم الهواة والعلماء والجميع فيما بين الطباعة ثلاثية الأبعاد لتصنيع المنتجات والسلع الاستهلاكية والتطورات الطبية والمواد التعليمية والمزيد. أصبح سريعًا أكثر فائدة للمستهلك اليومي.
يقول أوسكار أدلمان ، الرئيس التنفيذي لشركة ريمي ، أن العملية أصبحت أكثر شعبية في صناعة طب الأسنان ، على سبيل المثال. دقة الطباعة ثلاثية الأبعاد مذهلة بشكل لا يصدق ويمكن أن تساعد عملاء طب الأسنان على توفير ما يصل إلى 80 في المائة على المنتجات مقارنة بأسعار مكاتب طب الأسنان التقليدية.
"نظرًا لأن تقنية الطباعة أصبحت أسرع وأرخص وأكثر شيوعًا ، فسنرى أن صناعات مثل قطاع طب الأسنان تعتمد بشكل أكبر على التكنولوجيا في الإجراءات اليومية" ، كما يقول.
الطباعة رباعية الأبعاد في طريقها أيضًا ، مع الكائنات المطبوعة التي يمكن أن تغير شكلها بمرور الوقت.
كيف تعمل الطابعات ثلاثية الأبعاد
هناك عدة أنواع من تقنيات الطباعة ثلاثية الأبعاد ، بما في ذلك نمذجة الترسيب المنصهر (FDM) ، والمعروف أيضًا باسم Fused Filament Fabrication (FFF). FDM هي الطريقة الأكثر شيوعًا وشعبية وتستخدم في الطابعات ثلاثية الأبعاد ذات الأسعار المعقولة.
تستخدم طريقة الطباعة FDM خيوطًا من مادة بلاستيكية تشبه إلى حدٍ ما الخيط. يتم تغذية الفتيل من لفة إلى رأس ساخن يعمل على إذابة البلاستيك. يقوم الرأس ببثق البلاستيك المذاب على سرير الآلة. يتحرك الرأس فوق السرير ، في 2D ، ويودع الطبقة الأولى من المادة.
بمجرد اكتمال الطبقة الأولى ، يتم تحريك الرأس لأعلى بسمك الطبقة الأولى ، وترسب الطبقة التالية في الأعلى. الجزء مبني طبقة تلو طبقة ، مثل خبز رغيف من شريحة خبز.
تتضمن طابعات FDM ثلاثية الأبعاد الشائعة MakerBot و Ultimaker.
مثال على كيفية استخدام طابعة ثلاثية الأبعاد
إليك نظرة على كيفية عمل الطباعة ثلاثية الأبعاد البسيطة على طابعة FDM.
-
قم بتنزيل نموذج ثلاثي الأبعاد تريد طباعته ، أو صمم نموذجًا بنفسك.
ابحث عن نماذج قابلة للتنزيل على Thingiverse أو GrabCAD. لتصميم نموذج بنفسك ، جرب SketchUp أو Blender. للأجزاء الهندسية ، جرب برنامج CAD مثل SolidWorks.
- إذا لم يكن كذلك بالفعل ، فقم بتحويل النموذج إلى تنسيق طباعة ثلاثي الأبعاد ، مثل ملف STL.
-
استيراد النموذج إلى برامج التقطيع ، مثل MakerWare أو Cura أو Simplify 3D.
يعمل MakerWare مع طابعات MakerBot ثلاثية الأبعاد. Cura و Simplify 3D ينتجان G-code ، الذي يعمل مع معظم الطابعات ثلاثية الأبعاد.
-
تكوين البناء في برنامج التقطيع. حدد كيفية توجيه النموذج على الطابعة ثلاثية الأبعاد. بالنسبة إلى FDM ، قم بتقليل البروزات المتراكمة إلى درجة تزيد عن 45 درجة لأنها تتطلب هياكل داعمة.
عند تحديد الاتجاه ، ضع في اعتبارك كيف سيتم تحميل النموذج حتى لا تنفصل الطبقات بسهولة.
Image لتوفير الوقت والمواد ، النماذج بشكل عام ليست صلبة. حدد نسبة الملء (عادةً من 10 إلى 35 بالمائة) ، وعدد طبقات المحيط (عادةً 1 أو 2) ، وعدد الطبقات السفلية والعليا (عادةً 2 إلى 4). هناك أشياء أخرى يجب مراعاتها عند إعداد نموذج للطباعة ثلاثية الأبعاد.
- قم بتصدير البرنامج ، والذي يكون عادةً ملف G-code. يقوم برنامج التقطيع بتحويل النموذج وتكوين البنية الذي حددته إلى مجموعة من الإرشادات. تتبع الطابعة ثلاثية الأبعاد هذا لبناء الجزء.
- انقل البرنامج إلى الطابعة ثلاثية الأبعاد باستخدام بطاقة SD أو USB أو Wi-Fi.
-
اطبع النموذج على الطابعة ثلاثية الأبعاد.
Image - عندما تنتهي الطابعة ثلاثية الأبعاد من بناء النموذج ، قم بإزالته وربما تنظيفه أيضًا. اقطع أي هياكل داعمة وافرك أي كتل متبقية بورق صنفرة ناعم.
أنواع أخرى من آلات الطباعة ثلاثية الأبعاد
بخلاف طابعات FDM ، تشمل طرق الطباعة ثلاثية الأبعاد أيضًا الطباعة الحجرية المجسمة (SLA) ومعالجة الضوء الرقمية (DLP) وتلبيد الليزر الانتقائي (SLS) والذوبان الانتقائي بالليزر (SLM) وتصنيع الكائنات المصفحة (LOM) والرقمي ذوبان الشعاع (EBM)
SLA هي أقدم تقنية طباعة ثلاثية الأبعاد ولا تزال مستخدمة حتى اليوم. يستخدم DLP الإضاءة بالإضافة إلى البوليمرات ، بينما يستخدم SLS الليزر كمصدر طاقة لإنشاء كائنات مطبوعة ثلاثية الأبعاد قوية. لقد تراجعت كل من SLM و LOM و EBM إلى حد كبير.
مستقبل الطباعة ثلاثية الأبعاد
هل ستؤدي الطباعة ثلاثية الأبعاد إلى مستقبل من المنتجات المخصصة حسب الطلب والمصممة على الفور وفقًا لمواصفاتنا الدقيقة؟ في حين أن هذا لا يزال غير واضح ، فإن تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد تنمو بسرعة وتستخدم في العديد من المجالات.
الطباعة ثلاثية الأبعاد للمنازل وأعضاء الجسم مثل الكلى والأطراف والتطورات الأخرى لديها القدرة على تحسين حياة الأشخاص الذين لا يوصفون في جميع أنحاء العالم.
