كيف تعمل الطابعة ثلاثية الابعاد

• ذات صلة
• قائمة بأفضل الطابعات ثلاثية الأبعاد لعام 2021
• التشكيل على الكيبورد

كيف تعمل الطابعة ثلاثية الأبعاد؟

الطابعة ثلاثية الأبعاد 3D printer تٌشبه إلى حد كبير طابعة نفث الحبر الاعتيادية التي يمكنك وصلها على جهاز كمبيوتر، إلّا أنها لا تطبع الرسوم بشكل مستوٍ على سطحٍ واحد وببعد واحدة كالطابعة العادية، فهي تبني نماذج ثلاثية الأبعاد تدريجيًا أي بوضع طبقات فوق بعضها البعض، ففيها ذراع متحرك يُرسّب طبقة واحدة من المادة التي تستخدمها في كل مرة، من الأسفل إلى الأعلى، عن طريق الطباعة المتكررة على نفس المنطقة، وتُعرف آليتها هذه بالعمل باسم "النمذجة الترسيبية المنصهرة" (FDM)، وتعمل هذه الطابعات تلقائيًا، فتُنشئ نموذجًا عن طريق تحويل رسم CAD ثلاثي الأبعاد إلى طبقات مقطعية ثنائية الأبعاد، أيّ على شكل هياكل ثنائية الأبعاد منفصلة، وبعدها تضع كل واحدة فوق الأخرى، دون أن يفصل الورق بينهما، وبدلاً من الحبر للطباعة، فإنها تستهلك طبقات من البلاستيك أو المسحوق الخاص المصهور، والتي تُدمَج معًا لتصنع الهياكل الثنائية أو الطبقات بشكل منفصل، وبعدها تُجمع هذه الهياكل في الطابعة ثلاثية الأبعاد أوتوماتيكيًا باستخدام مادة لاصقة أو باستخدام الضوء فوق البنفسجي.^[١]

كيف تستخدم الطابعة ثلاثية الأبعاد؟

منذ وقت ليس ببعيد، كانت فكرة إنشاء مجسمات ثلاثية الأبعاد باستخدام الطابعات أمرًا مستحيلًا، أمّا الآن فأصبحت هذه التقنيات معروفة لدى معظمنا، إذ تتوافر الطابعات ثلاثية الأبعاد اليوم في العديد من المراكز والجامعات، أما التقنيات المتبعة للطابعة ثلاثية الأبعاد عُرفت سابقًا بأسماء عديدة، مثل الطباعة الحجرية المجسمة والطبقات ثلاثية الأبعاد، وعلى اختلاف أسمائها اعتمدت الطابعات على تقنيات التصنيع الإضافي Additive Manufacturing؛ والتصنيع الإضافي هو وسيلة تتُبع لخلق مجسم ما عن طريق إضافة الطبقات تباعًا فوق بعضها، وقد أُنشئ المصطلح من قبل الجمعية الأمريكية للاختبارات والمواد ASTM، وبعيدًا عن التقنية التصنيعية المستخدمة، فإن الطابعات ثلاثية الأبعاد تعمل بالخطوات التالية:^[٢]

• الخطوة الأولى: إنتاج نموذج ثلاثي الأبعاد للشكل المطلوب طباعته باستخدام برنامج التصميم على الكمبيوتر (CAD).
• الخطوة الثانية: تحويل النموذج السابق (CAD) إلى صيغة (STL) وهو اختصار للغة الفسيفساء القياسية التي تفهمها أنظمة الطابعات ثلاثية الأبعاد.
• الخطوة الثالثة: التحويل إلى صيغ (AM Machine) و(STL File Manipulation)، وذلك بنسخ ملف (STL) إلى الكمبيوتر الذي يتحكم في الطابعة ثلاثية الأبعاد، وتحديد حجم واتجاه الطباعة، مثل الإعدادت التي تُضبطها قبل الطباعة العادية.
• الخطوة الرابعة: إعداد الطابعة، وذلك بإعادة تعبئة البوليمرات والمواد الأخرى التي ستستخدمها الطابعة، وإضافة درج أو المواد اللازمة لبناء دعامات مؤقتة، أو أي إضافات أخرى تحتاجها لمنتجك النهائي.
• الخطوة الخامسة: بناء أو تشكيل المجسّم، وعملية البناء في الغالب تلقائية وتكون على شكل طبقات، ويبلغ سمك كل طبقة عادة حوالي 0.1 مم، ولكن قد يختلف سمكها اعتمادًا على حجم المجسم والطابعة والمواد المستخدمة، وقد تستغرق هذه الخطوة ساعات أو حتى أيام لتكتمل، ويفضل في هذه المرحلة فحص الجهاز دوريًا، لضمان عدم وجود أخطاء.
• الخطوة السادسة: إزالة المُجسم المطبوع من الجهاز، وتأكد من اتباع توصيات السلامة مثل ارتداء القفازات لحماية نفسك من الأسطح الساخنة أو المواد الكيميائية السامة.
• الخطوة السابعة: المعالجة، تحتاج بعض الطابعات ثلاثية الأبعاد قدرًا من المعالجة بعد إزالة المجسّم المطبوع، مثل تنظيف المساحيق العالقة فيها، وإزالة المواد والإضافات الخاصة بالمجسّم الذي طبعته، ولكن انتبه إلى القيام بهذه الخطوة برفق حتى لا يتكسر المجسّم.
• الخطوة الثامنة: الخطوة الأخيرة هي التطبيق، وتتضمن ببساطة استخدام المجسم ثلاثي الأبعاد والاستفادة منه كما تريد.

استخدامات الطابعة ثلاثية الأبعاد

يعود سبب الاعتماد المتزايد على تقنيات الطباعة ثلاثية الأبعاد إلى كونها بسيطة، وقليلة التكلفة وتوفر الوقت، ويمكن استخدامها في جميع المجالات، ومنها ما يلي:^[٣]

• التعليم: تُقلّص الطباعة ثلاثية الأبعاد الفجوة بين الأفكار والصور، مما يسمح للطلاب بإنشاء وتجسيد أفكارهم بشكل مادي ملموس، ومساعدتهم لاستكشاف مبادئ التصميم والهندسة والمعمارية، فتمكنهم من نسخ أو تقليد محتويات المتاحف كالأحافير والتحف التاريخية واستخدامها كنماذج للدراسة دون احتمال تعريضها للتلف، أو معاينة الخرائط الطبوغرافية بشكل ثلاثي الأبعاد بسهولة، وتُمكّن طلاب العلوم من إنشاء ودراسة مقاطع عرضية للأعضاء في جسم الإنسان بالإضافة إلى عينات بيولوجية أخرى.
• التصنيع: تقلل تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد من الوقت المُستهلَك في عمليات التصنيع، مما يسمح بتصنيع النموذج الأولي بساعات وليس بأسابيع، وبتكلفة قليلة نسبيًّا، وتعد صناعتي السيارات والطيران هما الأكثر اعتمادًا على تقنيات الطباعة ثلاثية الأبعاد.
• الطب: هناك العديد من تطبيقات الطباعة ثلاثية الأبعاد في المجال الطبي، كالطباعة الحيوية التي تجمع بين المواد الحيوية مثل الخلايا وعوامل النمو لإنشاء هياكل تشبه الأنسجة، بالإضافة لأهميتها في تصنيع الأطراف الصناعية، واستخدامها في مجالات طبية متعددة.
• البناء: تشمل تطبيقات الطباعة ثلاثية الأبعاد المستخدمة في البناء بعض المواد، مثل الخرسانات، والشمع، والرغوة، والبوليمرات، ووصلها ببعضها بروابط مختلفة مثل رابطة البوليمر، والرابطة التفاعلية، والتلبيد وتقنيات اللحام، وغيرها، إذ تسمح التقنيات المتقدمة من الطباعة ثلاثية الأبعاد بمزيد من التعقيد والدقة، وتزيد من سرعة البناء، وتتطلب تكاليف وعمالة أقل، وتكامل وظيفي أكبر، وتُنتج نفايات أقل.
• الفن والمجوهرات: تسمح الطابعات ثلاثية الأبعاد لصانعي المجوهرات بتجربة تصاميم غير ممكنة باستخدام طرق صنع المجوهرات التقليدية، فتتيح الطباعة ثلاثية الأبعاد إنتاج قطع فريدة ومخصصة بتكلفة أقل، وذلك لاستخدامها مواد خاصة قليلة التكلفة مثل خيوط حمض PLA أو ما يعرف باسم polylactic أو الذهب أو البلاتين.

قد يُهِمُّكَ: مراحل تصنيع الطابعة ثلاثية الأبعاد

تختلف آليات أو عمليات تصنيع الطابعة ثلاثية الأبعاد باختلاف الشركة المُصنّعة لها، ولكن بمجملها تمر بالمراحل التصنيعية الآتية:^[٤]

• طلب القطع: يجب أولًا استلام القطع أو الأجزاء المطلوبة لتصنيع الطابعة.
• التأكد من جودة القطع: فحص المكونات واختبار مطابقاتها للمعايير لضمان جودة كل جزء منها.
• تهيئة اللوحات: تعبئة كل لوحة بمحامل وصواميل وبراغي، لتستقبل الأجزاء الأخيرة.
• توثيق الخطوات: في هذه المرحلة، تّسجّل كل خطوة في عملية التصنيع على نظام مركزي يغذي البيانات لكل خطوة إنتاج، وذلك لمتابعة كل خطوة والحفاظ على مستوى معين من الجودة.
• تركيب الأجهزة على اللوحات: يُركّب الذراع القابل للتمديد على اللوحات، وبعدها تُنقل اللوحات وتُجمع على سطح مستوٍ تمامًا، والآن، يُمكنك تخيّل هيكل الطابعة المكون من لوحات مستقيمة متعامدة ومتصل بها ذراع قابل للطي، هذا الشكل هو هيكل الطابعة.
• التجميع: يُملأ الهيكل بأجزاء الطابعة نفسها، مثل المغذيات "أماكن تعبئة المواد"، ورؤوس الطباعة، وغيرها، ويتم اختيار منطقة الإنتاج والتجميع بعناية، لتجنب تلف الأجهزة والمكونات الإلكترونية الحساسة المستخدمة في تصنيع الطابعات.
• تقليل الخطأ البشري: وذلك بوضع كل جهاز أو جزء في مادة الفوم، ليأخذ شكلها، الأمر الذي يُساعد العمال على تحديد الأجزاء المفقودة من خلال النظر.
• تركيب الأجزاء الداخلية المعقدة: مثل الإطارات والبكرات الداخلية، ورؤوس الطباعة والكتلة المنزلقة التي تُحرك أجزاء الطابعة الداخلية، والكتلة المنزلقة تتكون من قطعتين بلاستيكيتين منفصلتين يتم تثبيتهما معًا فوق جلبة مُلبدة، وحزام توقيت، ونابض، قبل تركيبها في الطابعة لقيادة رأس الطباعة.
• الترصيع أو الترميز: وهي الخطوة التي يتم من خلالها ترقيم الأجزاء لسهولة فحصها واستبدالها لاحقًا.
• اختبار الطابعة: وفي هذه المرحلة تتم تجربة الطابعة للتأكد من كفاءتها ومن اجتيازها لمعايير السلامة والأمان.

المراجع

1. ↑ Chris Woodford (16/1/2020), "3D printers", explainthatstuff, Retrieved 28/1/2021. Edited.
2. ↑ CHRIS POLLETTE, STEPHANIE CRAWFORD (26/9/2019), "How 3-D Printing Works", computer.howstuffworks, Retrieved 28/1/2021. Edited.
3. ↑ "THE TOP FIVE 3D PRINTING APPLICATIONS", makerbot, Retrieved 28/1/2021. Edited.
4. ↑ Matt Jani (17/6/2019), "Behind the scenes: How Ultimaker 3D printers are manufactured", ultimaker, Retrieved 28/1/2021. Edited.