دليلك الشامل عن الطباعة ثلاثية الأبعاد وتطبيقاتها المبتكرة

بحث عن الطباعة ثلاثية الأبعاد PDF

الطباعة ثلاثية الأبعاد (3D) هي عملية تصنيع إضافية تنشئ جسماً مادياً من تصميم رقمي، تعمل العملية عن طريق وضع طبقات رقيقة من المواد على شكل سوائل أو بلاستيك أو معدن أو أسمنت بودرة، ثم دمج هذه الطبقات معًا

سنجرب في هذا المقال رحلة مذهلة إلى عالم الطباعة ثلاثية الأبعاد، حيث سنتعمق في أسرارها وفوائدها الغير محدودة،كما سنستكشف الاستخدامات المبتكرة التي تغير اللعبة في عدة صناعات وسياقات، كما سنتعرف على كيفية استخدام هذه التكنولوجيا المذهلة لتحقيق الإبداع وتحقيق الطموحات البشرية.

أنواع الطباعة ثلاثية الأبعاد

صُنِّفَت عمليات الطباعة ثلاثية الأبعاد، المعروفة أيضًا باسم التصنيع الإضافي، إلى سبع فئات من قبل المواصفة الدولية/ASTM 52900 للتصنيع الإضافي – المبادئ العامة – المصطلحات، جميع أشكال الطباعة ثلاثية الأبعاد تندرج ضمن أحد الأنواع التالية:

Binder Jetting

هذه التقنية تقوم بإيداع طبقة رقيقة من المواد المسحوقة، مثل المعدن أو البوليمر أو الرمل السيراميكي، على منصة البناء، وبعد ذلك يتم إيداع قطرات من المادة اللاصقة عن طريق رأس الطباعة لربط الجسيمات معًا. يتم بناء الجزء طبقة بعد طبقة، وبمجرد الانتهاء من ذلك قد يكون هناك حاجة إلى المعالجة اللاحقة لإكمال البناء، يُستخدم Binder Jetting لمجموعة متنوعة من التطبيقات بما في ذلك طباعة المعادن ثلاثية الأبعاد، والنماذج بألوان كاملة، وقوالب السيراميك على نطاق واسع.

الترسيب المباشر للطاقة


تستخدم الإضافة المباشرة للطاقة الحرارية مثل القوس الكهربائي أو الليزر أو شعاع الإلكترونات لصهر سلك أو مسحوق المواد الأولية في أثناء الإيداع. يتم نقل العملية أفقيًا لبناء طبقة، وتُكَدَّس الطبقات عموديًا لإنشاء الجزء، حيث يمكن استخدام هذه العملية مع مجموعة متنوعة من المواد، بما في ذلك المعادن والخزف والبوليمرات.

استخراج المواد


تستخدم عملية الطباعة بالتشكيل المادي أو نمذجة التصاق الانصهار (FDM) لفائف من الفلمنت المغذي إلى رأس التشكيل الذي يحتوي على فوهة مُسخنة. يقوم رأس التشكيل بتسخين المادة وتليينها وتوضعها في الأماكن المحددة، حيث تبرد لإنشاء طبقة من المادة، ثم تتحرك منصة البناء للأسفل استعدادًا للطبقة التالية هذه العملية فعّالة من حيث التكلفة ولديها أوقات تسليم قصيرة ولكن لديها دقة أبعاد منخفضة، وغالبًا ما تتطلب معالجة ما بعد الطباعة للحصول على تشطيب ناعم، وغالبًا ما تكون القطع التي يتم إنتاجها بهذه العملية قابلة للتكسير في اتجاه واحد ومن ثم غير مناسبة للتطبيقات الحرجة.

تحديث المواد


تعمل عملية الطباعة ثلاثية الأبعاد بالتشكيل المادي بالطريقة نفسها التي تعمل بها طابعات الحبر إلا أنها، عوضا عن وضع الحبر على الورق، تضع طبقات من المواد السائلة من رؤوس طباعة واحدة أو أكثر، تُعالج الطبقات ثم تُصلب قبل بدء العملية من جديد للطبقة التالية، تتطلب عملية الطباعة بالتشكيل المادي استخدام هياكل دعم ولكن يمكن أن تكون هذه من مادة مذابة في الماء يمكن غسلها بعد الانتهاء من البناء. هذه العملية الدقيقة هي إحدى أغلى طرق الطباعة ثلاثية الأبعاد، وتتسم القطع المنتجة بالهشاشة وتتدهور مع مرور الوقت، ومع ذلك، تتيح هذه العملية إنشاء قطع ملونة بالكامل من مجموعة متنوعة من المواد

انصهار مسحوق الطبقات

عملية انصهار طبقة البودرة (PBF) هي عملية تندمج فيها الطاقة الحرارية (مثل الليزر أو شعاع الإلكترونات) مناطق محددة في طبقة من البودرة لتشكيل طبقة، وتُبنى الطبقات فوق بعضها لإنشاء جزء يجب ملاحظة أن PBF يغطي كل من عمليات السنترة والانصهار،حيث إن الطريقة الأساسية لتشغيل جميع أنظمة طبقة البودرة متشابهة: تقوم شفرة أو أسطوانة إعادة التغطية بوضع طبقة رقيقة من البودرة على منصة البناء، ثم يتم مسح سطح طبقة البودرة بمصدر حرارة يختاري لتسخين الجسيمات بشكل انتقائي لربطها معًا، وبمجرد مسح طبقة أو قطاع عرضي من قبل مصدر الحرارة، تتحرك المنصة لأسفل للسماح ببدء العملية مجددا على الطبقة التالية.

النتيجة النهائية هي حجم يحتوي على جزء واحد أو أكثر مدمج محاطاً ببودرة غير متأثرة، عند الانتهاء من البناء، يتم رفع السرير بالكامل للسماح بإزالة الأجزاء من البودرة غير المتأثرة وبدء أي معالجة ما بعد الطباعة اللازمة.

السنترة الانتقائية بالليزر (SLS) يُستخدم غالبًا لتصنيع الأجزاء البوليمرية وهو جيد للنماذج التجريبية أو الأجزاء الوظيفية بسبب الخصائص التي ينتجها، بينما يسمح نقص الهياكل الداعمة (حيث تعمل طبقة البودرة كهيكل داعم) بإنشاء قطع ذات هندسة معقدة، الأجزاء المنتجة قد تكون لها سطح حُبيبي وتجويف داخلي، مما يعني وجود حاجة كبيرة لما بعد المعالجة.

يمكنك أيضا الاطلاع على هذا المقال ايقاف تحديثات ويندوز 10 نهائيا أو مؤقتا بعد التحديث الجديد

مدة الطباعة ثلاثية الأبعاد

مدة الطباعة ثلاثية الأبعاد تعتمد على عدة عوامل، بما في ذلك حجم القطعة والإعدادات المستخدمة للطباعة، الجودة النهائية للقطعة مهمة أيضًا عند تحديد وقت الطباعة، حيث تأخذ العناصر ذات الجودة العالية وقتًا أطول للإنتاج، يمكن أن تستغرق طباعة ثلاثية الأبعاد ما بين بضع دقائق إلى عدة ساعات أو أيام – السرعة والدقة وحجم المواد هي جميعها عوامل مهمة .

يمكنك ايضا التعرف على هذا المقال برنامج تعريفات الجهاز كامل مجانا اونلاين (ويندوز 10 و11)

استخدامات الطباعة ثلاثية الأبعاد

الطباعة ثلاثية الأبعاد لديها تطبيقات عبر مجموعة من الصناعات، على سبيل المثال:

  1. الفضاء الجوي
    تستخدم طباعة ثلاثية الأبعاد في صناعة الفضاء (والفضاء الخارجي) بسبب القدرة على إنشاء أجزاء خفيفة ومعقدة هندسيًا، مثل الأجزاء المروحية بدلاً من بناء جزء من عدة مكونات، تسمح طباعة ثلاثية الأبعاد بإنشاء جزء ككل، مما يقلل من أوقات الانتظار والمواد المهدرة.
  2. السيارات
    تبنت صناعة السيارات الطباعة ثلاثية الأبعاد بسبب الاستخفاف الكفاءة والتكاليف كما تسمح بنمذجة سريعة لأجزاء جديدة أو مخصصة للاختبار أو التصنيع بمقياس صغير على سبيل المثال، إذا لم تعد جزء معين متوفرًا، يمكن إنتاجه كجزء من عملية تصنيع صغيرة ومخصصة، بما في ذلك تصنيع قطع الغيار بالإضافة إلى ذلك، يمكن طباعة العناصر أو التجهيزات خلال الليل والاستعداد للاختبار قبل عملية تصنيع أكبر.
  3. الطبية
    وجد قطاع الطب استخدامات لطباعة ثلاثية الأبعاد في إنشاء الزرعات والأجهزة المصممة، ومثال على ذلك، يمكن إنشاء سماعات الأذن بسرعة من ملف رقمي يتم تطابقه مع مسح لجسم المريض، يمكن أن تقلل طباعة ثلاثية الأبعاد بشكل كبير من التكاليف وأوقات الإنتاج.
  4. السكك الحديدية
    وجدت صناعة السكك الحديدية عدة استخدامات لطباعة ثلاثية الأبعاد، بما في ذلك إنشاء أجزاء مخصصة، مثل مساند الذراع للسائقين وأغطية الإسكان لتوصيلات القطارات، الأجزاء المخصصة هي تطبيق واحد لصناعة السكك الحديدية، التي استخدمت العملية أيضًا لإصلاح القضبان المتآكلة.
  5. الروبوتات
    سرعة التصنيع، وحرية التصميم، وسهولة تخصيص التصميم تجعل طباعة ثلاثية الأبعاد مناسبة تمامًا لصناعة الروبوتات، يشمل هذا العمل إنشاء الهياكل الخارجية المخصصة والروبوتات الرشيقة بتحسين الرشاقة والكفاءة.
  6. خدمات طباعة ثلاثية الأبعاد
    لدي TWI واحدة من أوسع مجموعات خدمات طباعة ثلاثية الأبعاد، بما في ذلك الانصهار الانتقائي بالليزر، والترسيب بالليزر، وإضافة الأسلاك والقوس، وإضافة الشعاع الإلكتروني وانصهار البودرة بالليزر بالكهرباء، والنمذجة التصنيعية للمقاسات الصغيرة.

هل يمكن استخدام طباعة ثلاثية الأبعاد للإنتاج الجماعي؟

بينما حققت طباعة ثلاثية الأبعاد تقدمًا كبيرًا، إلا أنها تواجه صعوبة في مجاراة تقنيات التصنيع الأخرى لإنتاج كميات كبيرة، تقنيات مثل حقن القوالب تسمح بإنتاج جماعي أسرع للأجزاء

إلى أين تتجه طباعة ثلاثية الأبعاد في المستقبل؟

مع استمرار تحسين تقنية طباعة ثلاثية الأبعاد، يمكن أن تديمقراطية تصنيع السلع. مع أجهزة الطباعة التي تصبح أسرع، ستكون قادرة على العمل في مشاريع إنتاج بمقياس أكبر، بينما سيخفض تكلفة طباعة ثلاثية الأبعاد سيساعد على انتشار استخدامها خارج الاستخدامات الصناعية وفي المنازل والمدارس والبيئات الأخرى

ما هو أكثر مادة لطباعة ثلاثية الأبعاد مرونةً؟

البولي يوريثان الحراري (TPU) يُعتبر عادةً أكثر المواد مرونةً المتاحة في صناعة طباعة ثلاثية الأبعاد، يتمتع الـ TPU بخصائص قابلية الانثناء والتمدد التي لا تمتلكها العديد من الأسلاك الأخرى

ما هي أقوى مادة لطباعة ثلاثية الأبعاد؟

تُعتبر البولي كربونات الأقوى لطباعة ثلاثية الأبعاد، حيث يبلغ قوة الشد 9800 رطل لكل بوصة مربعة، مقارنةً بالنايلون، على سبيل المثال، الذي يبلغ فقط 7000 رطل لكل بوصة مربعة

لماذا تعد طباعة ثلاثية الأبعاد مهمة؟

تعد طباعة ثلاثية الأبعاد مهمة للفوائد العديدة التي تقدمها. تُمكِّن المستخدمين من إنتاج عناصر لها هندسة تصميمية صعبة أو مستحيلة لطرق التصنيع التقليدية من إنتاجها، كما تسمح للمستخدمين ذوي الخبرة المحدودة بتحرير التصاميم وإنشاء أجزاء مخصصة وفريدة

توفر طباعة ثلاثية الأبعاد عند الطلب أيضًا توفيرًا في تكاليف القوالب وتوفيرًا في وقت الإنتاج المتقدم، تعد طباعة ثلاثية الأبعاد مهمة في صناعات مثل الفضاء، حيث يمكنها إنشاء أجزاء خفيفة الوزن ولكن معقدة، مما يقدم توفيرًا في الوزن والوقود المرتبط وأثر بيئي أفضل نتيجة لذلك،كما أنها مهمة لإنشاء النماذج الأولية التي يمكن أن تعزز الصناعة.

هل ستحل الطباعة ثلاثية الأبعاد محل التصنيع التقليدي؟

طباعة ثلاثية الأبعاد لديها القدرة على تعطيل التصنيع التقليدي من خلال تديمقراطية الإنتاج بالإضافة إلى إنتاج القوالب والأدوات والأجزاء المخصصة الأخرى، ومع ذلك، التحديات المتعلقة بالإنتاج الجماعي يعني أن طباعة ثلاثية الأبعاد من غير المرجح أن تحل محل التصنيع التقليدي حيث يُطلب إنتاج كميات كبيرة من الأجزاء البسيطة نسبيًا.

هل بخار الطباعة ثلاثية الأبعاد خطير؟

يمكن أن تكون بخارات طباعة ثلاثية الأبعاد ضارة لصحتك حيث ينتج العملية بخارات سامة من الأسلاك البلاستيكية، تُنتج هذه الانبعاثات أثناء ذوبان أسلاك البلاستيك لإنشاء الجزء طبقة بعد طبقة ومع ذلك، يمكن حل هذه المشكلة من خلال إجراءات صحيحة مثل ضمان التهوية الكافية.

اقرأ ايضاً

أضف تعليق