الطباعة ثلاثية الأبعاد (3D) هي عملية تصنيع تُستخدم لإنشاء كائنات ثلاثية الأبعاد عن طريق إضافة طبقات متتالية من المواد. تُستخدم هذه العملية في مجموعة متنوعة من التطبيقات، بما في ذلك الهندسة والتصنيع والتعليم والطب.
بداية الطباعة ثلاثية الأبعاد
بدأ تطوير الطباعة ثلاثية الأبعاد في أوائل القرن العشرين. في عام 1981، حصل المهندس الياباني هيديو كوداما على براءة اختراع لعملية تسمى "الطباعة الحجرية المجسمة" (SLA). استخدمت هذه العملية الليزر لترسيب طبقات من الراتنجات السائلة لإنشاء كائنات ثلاثية الأبعاد.
في عام 1986، حصل المهندس الأمريكي تشاك هال على براءة اختراع لعملية تسمى "الرسم المذاب بالتصفية" (FDM). استخدمت هذه العملية خيطا بلاستيكيا يتم تسخينه ووضعه طبقة تلو الأخرى لإنشاء كائنات ثلاثية الأبعاد.
منذ ذلك الحين، تم تطوير العديد من أنواع الطابعات ثلاثية الأبعاد الأخرى، ولكل منها ميزاتها وعيوبها الخاصة.
استخدامات الطباعة ثلاثية الأبعاد وميزاتها
أصبحت الطباعة ثلاثية الأبعاد تقنية أكثر شيوعا في السنوات الأخيرة. يتم استخدامها في مجموعة متنوعة من التطبيقات، بما في ذلك الهندسة والتصنيع والتعليم والطب.
تعتمد الطباعة ثلاثية الأبعاد على مفهوم البناء المضاف. في هذا المفهوم، يتم إنشاء الكائن عن طريق إضافة طبقة واحدة من المادة فوق الأخرى. يتم تحديد شكل الطبقة بواسطة نموذج ثلاثي الأبعاد تم إنشاؤه باستخدام برنامج تصميم CAD.
تُستخدم الطباعة ثلاثية الأبعاد في مجموعة متنوعة من التطبيقات، بما في ذلك:
الهندسة والتصنيع: تستخدم الشركات المصنعة الطباعة ثلاثية الأبعاد لإنشاء نماذج أولية وقطع غيار.
التعليم: تستخدم المدارس والجامعات الطباعة ثلاثية الأبعاد للتعليم الطلاب حول التصنيع والهندسة.
الطب: تستخدم المستشفيات والمراكز الطبية الطباعة ثلاثية الأبعاد لإنشاء الأطراف الصناعية والجراحة وأجهزة أخرى.
للطباعة ثلاثية الأبعاد العديد من المزايا، بما في ذلك:
التصميم المخصص: يمكن استخدام الطباعة ثلاثية الأبعاد لإنشاء كائنات ذات تصميمات مخصصة لا يمكن إنشاؤها باستخدام التقنيات التقليدية.
التصنيع السريع: يمكن استخدام الطباعة ثلاثية الأبعاد لتصنيع كائنات بسرعة أكبر من التقنيات التقليدية.
انخفاض التكاليف: يمكن أن تكون الطباعة ثلاثية الأبعاد أقل تكلفة من التصنيع التقليدي في بعض الحالات.
أنواع الطابعات ثلاثية الأبعاد
هناك العديد من أنواع الطابعات ثلاثية الأبعاد، ولكل منها ميزاتها وعيوبها الخاصة. بعض أنواع الطابعات ثلاثية الأبعاد الأكثر شيوعا هي:
1 - FDM (الرسم المذاب بالتصفية): هذا هو النوع الأكثر شيوعًا من الطابعات ثلاثية الأبعاد. يستخدم هذا النوع من الطابعات خيطًا بلاستيكيًا يتم تسخينه ووضعه طبقة تلو الأخرى لإنشاء الكائن.
2 - SLA (الليزر التبلمر الضوئي): يستخدم هذا النوع من الطابعات خزانًا من الراتنجات السائلة التي يتم تصلبها بواسطة ليزر.
4 - SLS (الترسيب الانتقائي بالليزر): يستخدم هذا النوع من الطابعات مسحوقا بلاستيكيا يتم تصلبه بواسطة ليزر.
5 - DMLS (التصنيع باستخدام الليزر المباشر): يستخدم هذا النوع من الطابعات مسحوقًا معدنيًا يتم تصلبه بواسطة ليزر.
مكونات الطابعات ثلاثية الابعاد
1 - الإطار
الإطار هو الهيكل الخارجي للطابعة، وهو المسؤول عن دعم جميع المكونات الأخرى. ويتكون عادة من مواد قوية مثل الألومنيوم أو الصلب، وذلك لضمان ثبات الطابعة وقدرتها على تحمل وزن الكائنات المطبوعة.
2 - نظام الحركة
نظام الحركة هو المسؤول عن تحريك رؤوس الطباعة في الفضاء. ويتكون عادة من محركات خطية أو محركات سيرفو.
المحركات الخطية هي المحركات الأكثر شيوعًا في الطابعات ثلاثية الأبعاد. وهي تعمل عن طريق تحريك قضيب معدني خطيًا.
محركات السيرفو هي المحركات الأكثر دقة من المحركات الخطية. وهي تعمل عن طريق تحريك دوار بزاوية معينة.
3 - رؤوس الطباعة
رؤوس الطباعة هي المسؤولة عن وضع طبقات المادة الخام على منصة البناء. ويوجد العديد من أنواع رؤوس الطباعة، ولكل منها ميزاتها وعيوبها الخاصة.
أحد أكثر أنواع رؤوس الطباعة شيوعًا هو نوع FDM (الرسم المذاب بالتصفية). يستخدم هذا النوع من رؤوس الطباعة خيطًا بلاستيكيًا يتم تسخينه ووضعه طبقة تلو الأخرى لإنشاء الكائن.
نوع آخر شائع من رؤوس الطباعة هو نوع SLA (الليزر التبلمر الضوئي). يستخدم هذا النوع من رؤوس الطباعة ليزرًا لترسيب طبقات من الراتنجات السائلة لإنشاء الكائن.
4 - منصة البناء
منصة البناء هي السطح الذي يتم بناء الكائن عليه. وتتكون عادة من مادة مستوية يمكن أن تتحمل درجة الحرارة التي تصل إليها المادة الخام.
5 - نظام التغذية
نظام التغذية هو المسؤول عن تزويد رؤوس الطباعة بالمادة الخام. ويوجد العديد من أنواع أنظمة التغذية، ولكل منها ميزاتها وعيوبها الخاصة.
أحد أكثر أنواع أنظمة التغذية شيوعا هو نوع الطارد. يستخدم هذا النوع من أنظمة التغذية خيطًا بلاستيكيًا يتم دفعه من خلال فوهة رأس الطباعة.
نوع آخر شائع من أنظمة التغذية هو نوع خزان الراتنجات. يستخدم هذا النوع من أنظمة التغذية خزانا من الراتنجات السائلة التي يتم ترسيبها بواسطة ليزر.
6 - نظام تسخين المنصة
نظام تسخين المنصة هو المسؤول عن تسخين منصة البناء لتصل إلى درجة الحرارة المناسبة لطباعة المادة الخام.
7 - نظام تبريد رؤوس الطباعة
نظام تبريد رؤوس الطباعة هو المسؤول عن تبريد رؤوس الطباعة لمنع ارتفاع درجة حرارتها.
8 - الكاميرا
الكاميرا هي أداة اختيارية يمكن استخدامها لمراقبة عملية الطباعة. ويمكن استخدام هذه الكاميرا لتسجيل عملية الطباعة أو لمراقبة جودة الطباعة.
9 - وحدة التحكم
وحدة التحكم هي المسؤولة عن التحكم في جميع مكونات الطابعة. وتتكون عادة من لوحة مفاتيح وشاشة تعمل باللمس.
اسعار الطابعات ثلاثية الابعاد
تختلف أسعار الطابعات ثلاثية الأبعاد بشكل كبير حسب نوع الطابعة وحجمها وميزاتها. بشكل عام، يمكن أن تتراوح أسعار الطابعات ثلاثية الأبعاد من بضع مئات من الدولارات إلى آلاف الدولارات.
الطابعات ثلاثية الأبعاد للمبتدئين: تتراوح أسعار الطابعات ثلاثية الأبعاد للمبتدئين من 200 دولار إلى 500 دولار. هذه الطابعات عادة ما تكون صغيرة الحجم وسهلة الاستخدام ومناسبة للمهام الأساسية مثل طباعة نماذج أولية.
الطابعات ثلاثية الأبعاد متوسطة المستوى: تتراوح أسعار الطابعات ثلاثية الأبعاد متوسطة المستوى من 500 دولار إلى 1000 دولار. هذه الطابعات عادة ما تكون أكبر حجما وأكثر قوة من الطابعات للمبتدئين ومناسبة للتطبيقات الأكثر تقدما مثل طباعة المجوهرات والقطع الفنية.
الطابعات ثلاثية الأبعاد الاحترافية: تتراوح أسعار الطابعات ثلاثية الأبعاد الاحترافية من 1000 دولار إلى 10000 دولار أو أكثر. هذه الطابعات عادة ما تكون كبيرة الحجم وقوية ومناسبة للتطبيقات الصناعية مثل طباعة قطع الغيار أو الأدوات.
بعض الأمثلة على أسعار الطابعات ثلاثية الأبعاد من مختلف الفئات السعرية:
طابعة Creality Ender 3: طابعة ثلاثية الأبعاد للمبتدئين بسعر 200 دولار.
طابعة Prusa i3 MK3S+: طابعة ثلاثية الأبعاد متوسطة المستوى بسعر 750 دولار.
طابعة Ultimaker 2+: طابعة ثلاثية الأبعاد احترافية بسعر 5000 دولار.
بالطبع، يمكن أن تختلف الأسعار بشكل كبير حسب بلد الشراء ووكيل البيع.
ملاحظات:
- أسعار الطابعات ثلاثية الأبعاد في تزايد مستمر، حيث تصبح هذه التكنولوجيا أكثر شيوعا.
- يمكن أن تختلف الأسعار بشكل كبير حسب بلد الشراء ووكيل البيع.
- يجب مراعاة تكلفة المواد الخام عند حساب تكلفة طباعة كائن ثلاثي الأبعاد.
التحديات التي تواجه الطباعة ثلاثية الأبعاد
للطباعة ثلاثية الأبعاد بعض التحديات، بما في ذلك:
دقة الطباعة: يمكن أن تكون دقة الطباعة ثلاثية الأبعاد محدودة في بعض الحالات.
قوة المواد: قد لا تكون المواد المستخدمة في الطباعة ثلاثية الأبعاد قوية مثل المواد المستخدمة في التصنيع التقليدي.
السلامة: يمكن أن تكون الطابعات ثلاثية الأبعاد خطرة إذا لم يتم استخدامها بشكل صحيح.
تُعد الطباعة ثلاثية الأبعاد تقنية ناشئة سريعة النمو. من المتوقع أن تشهد الطباعة ثلاثية الأبعاد نموا كبيرا في السنوات القادمة في مجموعة متنوعة من التطبيقات. فهي تقنية واعدة لها القدرة على إحداث ثورة في العديد من المجالات. مع استمرار تطوير التكنولوجيا، من المرجح أن تصبح الطباعة ثلاثية الأبعاد أكثر كفاءة ودقة وقوة.
