الطباعة ثلاثية الأبعاد .. كل ما ترغب بمعرفته عن مستقبل الطباعة ثلاثية الأبعاد واستخداماتها

تواصل التطورات التكنولوجية سعيها للوصول إلى المزيد من الاكتشافات التي تسهل حياة الإنسان في مختلف المجالات. تعد الطباعة ثلاثية الأبعاد ، أو ما يعرف بـ 3D ، أحد هذه التطورات التي من المتوقع أن تسبب ثورة صناعية تكنولوجية ضخمة يتم فيها إنتاج نماذج كاملة من خلال التصنيع الإضافي (التصنيع الطبقي الإضافي) ، وأصبح من الممكن دراسة هذا المجال أيضًا وليس مجرد تطبيقه.

المقصود بالطباعة ثلاثية الأبعاد وما هي استخدامات الطباعة ثلاثية الأبعاد وفوائدها في مختلف المجالات ودراسة هذه التقنية وأسعارها وتفاصيل كثيرة ستعرفها من خلال هذا المقال.

ما هي الطباعة ثلاثية الأبعاد؟

الطباعة ثلاثية الأبعاد أو التصنيع الإضافي أو الطباعة التجارية أو الطباعة ثلاثية الأبعاد ، كل هذه المصطلحات تدور حول تقنية تقنية واحدة تهدف إلى إنتاج منتجات ثلاثية الأبعاد تحاكي الواقع باستخدام التصميمات التي يتم إنشاؤها بواسطة الكمبيوتر.

هذه التكنولوجيا محوسبة بالكامل وتستند إلى ركيزتين رئيسيتين: التصميم بمساعدة الكمبيوتر ثلاثي الأبعاد (CAD) ، بالإضافة إلى ماسح ضوئي أو ما يعرف بالطابعة.

تنتج الطابعة ثلاثية الأبعاد أشكالًا هندسية عن طريق طباعة الطبقات بالتتابع (تصنيع الطبقة الإضافية). تشكل كل طبقة من هذه الطبقات شريحة رفيعة جدًا ، لكن تكرارها بطريقة مرتبة يمنحها الشكل النهائي المطلوب.

بالطبع تختلف هذه التقنية عن الطريقة التقليدية في الصناعة ، حيث يتم استخدام عدد من الآلات لضبط الشكل النهائي والتخلص من التجاوزات.

في هذه التقنية ، يتحول المنتج من تصميم إلى نموذج حقيقي دون استخدام العديد من الآلات. مع عدم وجود نتوءات أو زيادات يمكن إزالتها ، تقلل هذه التقنية من هدر المواد الخام.

يتم استخدام العديد من المواد في إنتاج النماذج ، على سبيل المثال:

• المعادن.
• الصمغ (الراتنج).
• سيراميك.
• المواد الحرارية.

تاريخ تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد / الثورة الصناعية الثالثة

تم تطوير هذه الفكرة من قبل المستكشف الياباني هيديو كوداما في معهد البحوث الصناعية في ناغويا.

ابتكر العالم طريقة التصنيع المضافة ، والتي بدورها أنتجت أشكالًا ثلاثية الأبعاد من مجرد تصميم محوسب. ثم حصل رالف بيكر على براءة اختراع وعائدات لهذه الصناعة في عشرينيات القرن الماضي.

لكن عمل Hudio لم يكتمل حتى استمرت الاكتشافات والتطورات في عام 1981 حتى تم الوصول إلى الطباعة الحجرية الحجرية في عام 1984 ، وكان أول جهاز يعمل بتقنية التصنيع المضافة.

بعد ذلك ، أنتج المخترع المعروف تشاك هول أول طابعة ثلاثية الأبعاد في عام 1987. بعد ذلك ، تم تطوير العديد من الأجهزة وتم إدخال الليزر في مجال تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد.

في بداية العقد الأول من القرن الحادي والعشرين ، حدثت ثورة تكنولوجية ضخمة ، وتم تطوير أنظمة جديدة لهذه التكنولوجيا ، لكنها كانت باهظة الثمن. انتهى سداد المستحقات المالية المتعلقة بحقوق الملكية في عام 2009 ، وساهم ذلك في تراجع الأسعار ، الأمر الذي ساهم بدوره في فتح المجال لاستخدام الطباعة ثلاثية الأبعاد بشكل أكبر.

يمكنك أيضًا أن تقرأ عن: أرخص هواتف 5G لعام 2021

مزايا وعيوب الطباعة ثلاثية الأبعاد

من بين مزايا الطباعة ثلاثية الأبعاد ما يلي:

• لقد مكننا من الحصول على منتجات موصى بها بشكل خاص بسعر خاص بدون تصميم هندسي لإنتاج عدد محدود من القطع المنتجة ذات القيمة المضافة.
• المنتجات المحضرة بهذه التقنية أرخص من غيرها لعدم وجود هدر في المواد الخام.
• سعر بدء الصناعة معقول. ويرجع ذلك إلى عدم الحاجة إلى قوالب جاهزة كما في الصناعة التقليدية.
• إنه متخصص للغاية لأنه يعتمد على تصميم محوسب مما يجعل تعديله سهلاً وممكنًا لتلبية المواصفات المطلوبة. وإذا تم اكتشاف أي خطأ في التصميم ، فلن يكون حل المشكلة مكلفًا.
• مثالي لإنتاج النماذج الأولية للمنتج للاختبار نظرًا لسهولة وسرعة إنتاج التصميم والتطبيق.
• إمكانية إنتاج مواد ذات خصائص محددة. على الرغم من أن البلاستيك والحديد هما أكثر المواد استخدامًا ، إلا أنه يمكن تغيير خصائص المواد لتصبح أكثر مقاومة للحرارة وعازلة للماء ولديها قوة وتحمل أعلى.

هناك بالتأكيد عيوب لهذه التكنولوجيا مثل التطورات الأخرى. فيما بينها:

• قد يكون المنتج المصنوع بهذه التقنية أضعف من المنتج المصنوع تقليديًا. والسبب أن المنتج يتكون من طبقات متتالية عالقة فوق بعضها البعض مما يضعف قوتها.
• لا يمكن استخدامه في الإنتاج الضخم ، إذا كان عدد وحدات المنتج المطلوب كبيرًا وزيادة التكلفة من الصناعة التقليدية.
• تختلف الدقة حسب الطابعة ثلاثية الأبعاد المستخدمة. بعض الطابعات ذات جودة أقل من غيرها وهذا هو السبب في أننا قد نحصل على أشكال مختلفة من نفس التصميم بدرجات دقة متفاوتة.
• قد تحتاج المنتجات إلى معالجة لاحقة لإزالة بعض النتوءات أو الوصلات المستخدمة لتوصيل المنتج بالطابعة ، أو المعالجة الحرارية لتحسين المواصفات والإنهاء.

مجالات استخدام الطباعة ثلاثية الأبعاد

نظرًا للمجموعة الواسعة والمتنوعة من التصاميم التي يمكن إعدادها ، نجد أنه يمكن تطبيق هذه التقنية في العديد من مجالات الصناعة.

1- الصناعات الفضائية

تُستخدم تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد في صناعة الفضاء نظرًا لقدرات الطباعة ثلاثية الأبعاد في إنتاج كائنات ذات تصميمات هندسية معقدة ، مثل ترسانة ذات شفرات (blisks).

كما أنها تمكننا من إنتاج الأجهزة كقطعة واحدة بدلاً من تجميع القطع المنفصلة معًا.

2- صناعة السيارات

من أوسع مجالات هذه التقنية هو استخدامها في صناعة السيارات بسبب التوفير في تقليل وزن السيارات بسبب عدم وجود أجزاء متصلة ، مما يقلل أيضًا من التكلفة.

هذه الطريقة مثالية أيضًا لإنتاج أجزاء صغيرة جديدة للتجربة والاختبار قبل بدء الإنتاج الضخم. في حالة وجود نقص في بعض الأجزاء ، يتم إنتاجها بسرعة بسبب التصميمات الجاهزة.

3- المجال الصحي

يجب أن تتناسب الأجهزة الطبية وقطع غيار الغرسات مع مواصفات جسم الإنسان. لذا فإن هذه التقنية ممتازة لأنها تأخذ في الاعتبار الفروق الفردية بين الناس.

عند زراعة أجهزة لضعاف السمع يتم اختيار التصميم الذي يناسب المريض حسب مواصفاته. ليس ذلك فحسب ، فقد قام الدكتور جويدو جابرييلو جويدو جرابيولو بتصنيع كأس Delta-TT ، وهو تصميم يحاكي تركيب رأس العظم الطبيعي ويستخدم التيتانيوم في تصنيعه ، مما يحفز نمو العظام حول الجهاز المزروع.

لا يزال بعض الأشخاص الذين يستخدمون غرسات العظام دلتا-تي أقوياء حتى بعد عقود من استخدامها.

اقرأ المزيد: هل فيتامين د جيد لآلام الظهر؟

هل سمعت يومًا عن طاقم الممثلين المطبوع ثلاثي الأبعاد والقابل للغسل؟

من بين التطورات التي ساهمت فيها الطباعة ثلاثية الأبعاد في المجال الطبي تصنيع جبيرة ثلاثية الأبعاد لكل مريض على وجه الخصوص.

لا يلزم تغطية هذه الجبيرة أثناء الاستحمام بسبب طبيعتها البلاستيكية. لا شك في أنها مريحة أكثر وأسهل في الاستخدام ، وتتيح لك استخدام يدك بحرية أكبر من الجبيرة التقليدية.

أما مدى نجاحه في التئام الكسور واندماج العظام فلا توجد نتائج مؤكدة تدل على تفضيله على الجبيرة القديمة. يفضل المتخصصون استخدام الدورة التقليدية بسبب سنوات الخبرة الطويلة في التعامل معها.

يأخذ استخدام الجبيرة ثلاثية الأبعاد في الاعتبار الفروق الجسدية للأفراد ، وهذا يمنحها ميزة إضافية. لكنها مكلفة للغاية ، وهذا ما يجعلها غير شائعة في المستشفيات والمراكز الطبية العامة.

من المتوقع أن يحقق استخدام الجبيرة ثلاثية الأبعاد ثورة صناعية طبية هائلة إذا حققت فعاليتها في اندماج العظام. وذلك لأننا تخلصنا من الجبيرة القديمة ذات الوزن الثقيل التي تحد من حركتنا وارتداء الملابس ويمكن أن تسبب الحساسية وضعف العضلات بسبب قلة الاستخدام.

4- مجال التعليم

مكنت الطباعة ثلاثية الأبعاد الطلاب من تحويل أفكارهم إلى منتجات حقيقية وملموسة. ويلاحظ أيضًا أن هناك اهتمامًا متزايدًا بدراسة الطباعة ثلاثية الأبعاد وإعطاء دورات مكثفة في مجالها.

إذا كنت تتساءل عن دراسة الطباعة ثلاثية الأبعاد ، فستحصل على الإجابة هنا.

بدأت العديد من الجامعات في دمج التصنيع بالإضافة إلى المناهج المعتمدة في مختلف المجالات.

بدأ تكامل آلية الطباعة ثلاثية الأبعاد خلال السنة الثالثة أثناء الدراسة وتوظيفها في مجالات الهندسة والعلوم التطبيقية.

يتم تعليم الطلاب من البداية كيفية صنع طابعات ثلاثية الأبعاد متوافقة مع نماذج الطباعة ثلاثية الأبعاد التي سيقومون بإعدادها ، وهذا يتطلب معرفة كافية بالوحدات التي يمكن إنتاجها من خلال هذه التقنية حتى يتمكن الطلاب من الربط بين العلم والطباعة ثلاثية الأبعاد.

يجب أن تتحقق الطابعات المستخدمة من النظريات العلمية بطريقة فعالة وهذا ما يتم تعليم الطلاب عنه.

من أشهر الجامعات في العالم التي طورت برامج دراسية حول الطباعة ثلاثية الأبعاد حول العالم:

• معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT) يمنح هذا المركز درجات الدراسات العليا في هذا المجال.
• جامعة تكساس.
• جامعة فرجينيا للتكنولوجيا.

بالإضافة إلى ذلك ، هناك مجالات واسعة أخرى تُستخدم فيها الطباعة ثلاثية الأبعاد ، مثل: صناعة السكك الحديدية ، والروبوتات ، والصناعات البلاستيكية المختلفة.

كيف تعمل الطابعة ثلاثية الأبعاد؟

يعتمد مبدأ العمل لهذه التقنية على التصميم المحوسب الجاهز الذي تتم طباعته ، وعلى الطابعة التي تحول التصميم إلى منتج ملموس وحقيقي.

تقوم الطابعة بترجمة البرنامج المستخدم داخل التصميم وتنقله طبقة تلو طبقة بالتتابع. كما تستخدم المساحيق أو المواد الخام. قد تحتاج أيضًا إلى قطع صغيرة للربط يتم وضعها داخل الطابعة لإنتاج كائن ثلاثي الأبعاد.

تتميز الطابعات الموجودة بمرونتها من حيث طبيعة المواد التي تستخدمها في التصنيع ، بالإضافة إلى سرعة ودقة العمل.

الأهم هو قدرتها على طباعة تصميمات مختلفة واختبار دقة التصاميم من خلال إنتاج النماذج الأولية السريعة.

إذا كنت تتساءل عن سعر طابعة ثلاثية الأبعاد للبناء مثلاً ، فقد يصل سعر بعض الأنواع إلى عشرة آلاف دولار ، حسب حجمها وإمكانياتها واستخداماتها. ولكن مثل الاكتشافات الأخرى ، سينخفض ​​سعره كلما تم إنتاج أنواع أسرع وأحدث وأكثر دقة.

يتم الآن تطوير العديد من الطابعات للإنتاج الضخم بدلاً من مجرد نماذج أولية أو سلع متخصصة. ويعتقد أن هذه التكنولوجيا ستساهم في تقليل تكلفة الصناعات المختلفة وجعلها أسرع بعشر مرات من الصناعة التقليدية.

تتوسع المناطق التي يمكن استخدام الطباعة ثلاثية الأبعاد فيها. حاليًا ، يتم تصنيع أقنعة الحماية من Covid 19 بواسطة طابعة ثلاثية الأبعاد.

ما يميز هذه التقنية عن المرونة وقابلية التعديل وقدرتها على التكيف مع التطورات سيجعل إدخالها إلى أي صناعة قادرة على قلب الموازين ، وهذا ما يتوقعه الجميع.

اقرأ المزيد: الذكاء الاصطناعي في تطوير المواقع الإلكترونية

المراجع

1

2

3

4