يفتح الطباعة ثلاثية الأبعاد لنا إمكانيات جديدة لإنشاء العناصر التي كانت تتطلب في السابق عملية تصنيع معقدة أو كان من الصعب الحصول عليها. تسمح هذه التكنولوجيا الثورية بتحويل التصاميم الرقمية إلى أشياء ثلاثية الأبعاد واقعية.
في هذه المقالة، ستتعلم كيف تبدأ مغامرتك في طباعة الثلاثية الأبعاد وما يمكنك طباعته في راحة منزلك. سنلقي نظرة على الخطوات الأساسية اللازمة للبدء، وأنواع الطابعات المتاحة، وأفكار ملهمة لمشاريع منزلية.
ما هو الطباعة ثلاثية الأبعاد؟
طباعة ثلاثية الأبعاد هي عملية إنتاج يتم فيها تكديس المواد على بعضها البعض لإنشاء جسم ثلاثي الأبعاد. إنها طريقة إضافية، مما يعني أن الجسم يتم بناؤه من الصفر. على عكس الطرق الناقصة، حيث يتم إزالة المواد، على سبيل المثال من خلال القطع أو التفريز.
يمكن لطابعات ثلاثية الأبعاد استخدام مواد مختلفة مثل البلاستيك أو المعدن، ومجموعة متنوعة من التقنيات. كلها تمكن من تحويل الملفات الرقمية التي تحتوي على بيانات ثلاثية الأبعاد التي تم إنشاؤها باستخدام برامج التصميم المدعومة بالحاسوب (CAD) أو برامج التصنيع المدعومة بالحاسوب (CAM)، أو باستخدام ماسح ثلاثي الأبعاد، إلى أجسام فعلية.
يفتح هذا العملية الابتكارية إمكانيات جديدة في مختلف المجالات، من النمذجة إلى إنتاج الأجزاء والمنتجات النهائية. من خلال طباعة ثلاثية الأبعاد، يصبح إنشاء مشاريع معقدة تكون صعبة أو مستحيلة تحقيقها بوسائل تقليدية أكثر إمكانية وفعالية من حيث التكلفة.
من اخترع الطباعة ثلاثية الأبعاد؟
تم إنشاء أول طابعة ثلاثية الأبعاد باستخدام تقنية الاستيريوليتوجرافيا من قبل تشارلز و. هال في منتصف الثمانينيات. لفترة طويلة، كانت تقنية الاستيريوليتوجرافيا مرتبطة بتكنولوجيا تجارية باهظة الثمن، حيث وصلت أسعار الآلات إلى خمسة أو حتى ستة أرقام. ومع ذلك، جلبت السنوات الأخيرة تغييرات كبيرة.
ظهرت طابعات الاستيريوليثوغراف الخاصة بالمكاتب الاحترافية في السوق الآن، مكلفة الآن فقط ببضعة آلاف من الدولارات. كما بدأت تظهر أنظمة الاستهلاكية، بأسعار تبدأ من أقل من ألف دولار. وهذا يفتح الباب أمام استخدام أوسع لهذه التقنية، سواء في التطبيقات المهنية أو من قبل الهواة وفي المنازل.
كيف يعمل؟
يعمل طباعة ثلاثية الأبعاد على مبادئ مشابهة للطابعات التقليدية، لكنها تستخدم تقنيات متنوعة. أشهر الأساليب المعروفة هي نمذجة الإيداع المنصهرة (FDM)، المعروفة أيضًا باسم تشكيل الخيوط المنصهرة (FFF).
تتألف هذه التقنية من الألياف، والتي تصنع من الأكريلونيتريل بوتاديين ستايرين (ABS)، أو حمض البوليلكتيك (PLA)، أو غيرها من البلاستيك الحراري، حيث يتم ذوبانها وتكديسها بواسطة فوهة موجهة بالتسخين. ظهرت أول طابعات ثلاثية الأبعاد في السوق في منتصف التسعينيات، التي صممت من قبل شركة ستراتاسيس بالتعاون مع شركة آي بي إم، واستخدمت تقنية FDM. تشبه هذه التقنية إلى حد كبير معظم طابعات الـ3D المصممة للاستهلاك الشخصي وهواة التصنيع والمدارس.
تقنية أخرى تُستخدم في طباعة الثلاثية الأبعاد هي التصوير الثلاثي الأبعاد. هنا، يشع الليزر فوق البنك من الفينيل الحساس للأشعة فوق البنفسجية، مرسمًا الكائن على سطحه. يصلب البوليمر في المناطق التي تلامسها الليزر، والشعاع “يطبع” الكائن طبقة بعد طبقة وفقًا للتعليمات من ملف CAD أو CAM.
هناك أيضاً طريقة لطباعة ثلاثية الأبعاد باستخدام جهاز عرض الضوء الرقمي (DLP)، حيث يتم تعريض البوليمر السائل للضوء الناتج من جهاز عرض DLP. يتصلب البوليمر طبقة بعد طبقة حتى يتم بناء الجسم، ثم يتم تصريف البوليمر السائل الزائد.
تقنية الطباعة بالحبر متعدد الألوان هي نظام طباعة ثلاثي الأبعاد مشابه لطابعات الحبر، حيث يرش الرابط المشبه بالغراء والملون على طبقات متتالية من البودرة، حيث يتم تشكيل الجسم. إنها واحدة من أسرع الطرق، وواحدة من القليلة التي تسمح بالطباعة متعددة الألوان.
ما هي فوائد طباعة الثلاثية الأبعاد؟
تقدم فرصة للمصممين تحويل الأفكار بسرعة إلى نماذج ثلاثية الأبعاد، مما يسهل إدخال التغييرات بسرعة في المشاريع.
يمكن للمصنعين إنتاج السلع حسب الطلب بدلاً من الإنتاج بدُفعات كبيرة، مما يسهل إدارة المخزون ويقلل من الحاجة إلى مساحات مستودعات كبيرة. يمكن للأشخاص في المواقع البعيدة إنتاج العناصر التي من المستحيل بالنسبة لهم الوصول إليها بطريقة أخرى.
من وجهة نظر عملية، تتيح طباعة الثلاثية الأبعاد توفيرًا ماليًا ومواديًا مقارنة بتقنيات الطحن، حيث تستخدم كمية أقل بشكل كبير من المواد الخام. وهذا ينذر بتغيير في طبيعة الإنتاج، مما يسمح في نهاية المطاف للمستهلكين بتحميل الملفات للطباعة. حتى الأشياء ثلاثية الأبعاد المعقدة، بما في ذلك الأجهزة الإلكترونية، يمكن إنتاجها في المنزل.
ما الذي يمكن لطابعات ثلاثية الأبعاد إنتاجه؟
يستخدم المصممون طابعات ثلاثية الأبعاد لإنشاء نماذج المنتجات والنماذج الأولية بسرعة، ولكن يتم استخدامها بشكل متزايد لتصنيع المنتجات النهائية أيضًا. من بين العناصر التي تم إنشاؤها باستخدام طابعات ثلاثية الأبعاد تصميمات الأحذية والأثاث وقوالب الشموع لإنتاج المجوهرات والأدوات والأكواب والهدايا والأجهزة والألعاب.
تستخدم صناعتا السيارات والطيران طابعات ثلاثية الأبعاد لإنتاج القطع. يمكن للفنانين إنشاء النحت، ويمكن للمهندسين المعماريين صنع نماذج لمشاريعهم. يستخدم علماء الآثار الطباعة ثلاثية الأبعاد لإعادة بناء نماذج للقطع الأثرية الهشة، بما في ذلك بعض الآثار التي تم تدميرها في السنوات الأخيرة. بالمثل، يمكن لعلماء الأحياء الباحثون وطلابهم تكرار هياكل الديناصورات والأحافير الأخرى.
يمكن للأطباء والفنيين الطبيين استخدام الطباعة ثلاثية الأبعاد لإنشاء أطراف صناعية وسماعات طبية وأسنان صناعية وزرع العظام. كما يمكنهم تكرار نماذج الأعضاء والأورام والهياكل الداخلية الأخرى في الجسم بناءً على الأشعة المقطعية المحوسبة استعدادًا للجراحة.
مثال جيد هو مشروع دانيال، الذي يستخدم الطباعة ثلاثية الأبعاد لإنشاء أيدي وذراعين صناعيين لضحايا العنف في السودان. كما يتم تطوير طابعات ثلاثية الأبعاد يمكنها وضع الخلايا لإنشاء أعضاء صناعية، مثل الكليتين والأوعية الدموية، والتي تكون بالفعل في مرحلة البحث والتطوير. كما يتم استخدام الطباعة ثلاثية الأبعاد في علم الجنائيات، على سبيل المثال لاستنساخ رصاصة عالقة في جسم الضحية.
أين يمكنني شراء طابعة ثلاثية الأبعاد؟ وما الأمور التي يجب علي التركيز عليها؟
معظم شركات تصنيع طابعات الطباعة ثلاثية الأبعاد تبيع منتجاتها مباشرة عبر الإنترنت. تقدم العديد من المتاجر عبر الإنترنت هذه الأجهزة، بما في ذلك الشركات التي تعمل حصريًا عبر الإنترنت مثل أمازون، بالإضافة إلى الشركات التي لديها أيضًا متاجر في الواقع.
مع ذلك، من الجدير التحقق من التوفر في متجر معين على مواقعهم الإلكترونية، حيث قد لا تتوفر جميع النقاط. في بعض المدن الكبيرة، تفتح أيضًا متاجر متخصصة بهواتف الطباعة ثلاثية الأبعاد.
ما هي آفاق طباعة الثلاثية الأبعاد؟
طابعات ثلاثية الأبعاد للمنازل والشركات الصغيرة متاحة بالفعل في السوق. على الرغم من أنها لا تزال غالبًا ما تُعتبر جهازًا غريبًا ومكلفًا إلى حد ما. ومع ذلك، يمكننا التوقع بأن هذا الوضع سيتغير في السنوات القادمة. ستصبح طابعات ثلاثية الأبعاد أكثر شيوعًا في المنازل. سنجدها في ورش العمل والاستوديوهات ومكاتب المنازل، وحتى في المطابخ.
قد لا تكون متواجدة في كل منزل، ولكن بالنسبة لأولئك الذين يمتلكونها، ستصبح لا غنى عنها. حتى الآن، كانت معظم العناصر التي تم إنشاؤها باستخدام الطابعات ثلاثية الأبعاد لها هياكل داخلية موحدة. سنبدأ في رؤية إبداعات أكثر تعقيدا تجمع بين مواد متعددة ومركبات، بالإضافة إلى القدرة على طباعة الإلكترونيات.
اليوم، إذا فقدت غطاء البطارية لريموت التلفزيون الخاص بك، قد تتمكن من طباعة بديل له. في المستقبل، إذا فقدت الريموت نفسه، قد تتمكن من طباعة واحد جديد بالكامل.
ملخص
طباعة ثلاثية الأبعاد بلا شك تفتح آفاقًا جديدة من الإمكانيات بالنسبة لنا فيما يتعلق بإنشاء الأشياء. من الأجهزة البسيطة إلى العناصر المعقدة وحتى الأنسجة الاصطناعية.
هذه التكنولوجيا، التي كانت في السابق رؤية مستقبلية، أصبحت تصبح أكثر إمكانية وفعالية لكل من الاحترافيين والهواة. مع تطور طابعات الطباعة ثلاثية الأبعاد وتوفرها وسهولة استخدامها، يمكننا توقع أن تجد مكاناً لها ليس فقط في الصناعة والطب ولكن أيضاً في منازلنا، مقدمة مئات الإمكانيات للتخصيص والابتكار.
يبدو مستقبل الطباعة ثلاثية الأبعاد مثيرًا، بوعد تقليص تكاليف الإنتاج بشكل أكبر، وتحسين إمكانية الوصول، وتوسيع نطاق المواد القابلة للطباعة.
ما كان يبدو ممكنًا في الماضي فقط في المختبرات البحثية أو الشركات الكبيرة للتصنيع أصبح الآن ممكنًا في راحة منازلنا. تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد تغير طريقة تفكيرنا في عملية الإنتاج والتصميم والإصلاح، مما يجعل عملية الإبداع أكثر مباشرية وشخصية.