طباعة ثلاثية الأبعاد

من ويكيبيديا، الموسوعة الحرة
اذهب إلى: تصفح، ‏ ابحث

الطباعة ثلاثية الأبعاد (بالإنجليزية: 3D printing) هي شكل من أشكال تكنولوجيا التصنيع بالاضافة حيث يتم تكوين جسم ثلاثي الأبعاد بوضع طبقات متتالية من مادة ما فوق بعضها البعض[1]. والطابعات ثلاثية الأبعاد في العادة أسرع وأوفر وأسهل في الاستعمال من التكنولوجيات الأخرى للتصنيع بالاضافة. وتتيح الطابعات ثلاثية الأبعاد للمطورين القدرة على طباعة أجزاء وتجميعات وتركيبات مصنوعة من مواد مختلفة وبمواصفات ميكانيكية وفيزيائية مختلفة في عملية بناء واحدة. التكنولوجيات المتقدمة للطباعة ثلاثية الأبعاد تنتج نماذج تشابه كثيراً منظر وملمس ووظيفة النموذج الأولي للمنتج.

في السنوات الأخيرة، أصبح من الممكن مالياً تطبيق الطباعة ثلاثية الأبعاد على مستوى المشروعات الصغيرة-المتوسطة، بذلك انتقلت النمذجة من الصناعات الثقيلة إلى البيئة المكتبية، وبأسعار تصل إلى 5,000 دولار للطابعة ثلاثية الأبعاد. كما أنه يمكن تطبيقها الآن في نفس الوقت على مجموعات مختلفة من المواد.

وكذلك تقدم الطباعة ثلاثية الأبعاد عروض هائلة لتطبيقات الإنتاج.[2] وتستخدم هذه التقنية في المجوهرات، الأحذية، التصميم الصناعي، العمارة، الهندسة، والانشاءات، السيارات، الطائرات، طب الأسنان والصناعات الطبية.

An ORDbot Quantum 3D printer.
Timelapse video of a hyperboloid object (designed by George W. Hart) made of PLA using a RepRap "Prusa Mendel" 3D printer for molten polymer deposition.
جزء من سلسلة عن
تاريخ الطباعة
Stampa.caratteri.jpg
الطباعة الخشبية 200
المونوتيب 1040
آلة الطباعة 1454
التنميش ~ 1500
الميزوتنت 1642
الاكواتنت 1768
الطباعة الحجرية 1796
الطباعة الحجرية الملونة 1837
آلة الطباعة الدوارة 1843
طباعة الأوفست 1875
المنضحة القرن 19
التنضيد الميكانيكي 1886
آلة نسخ الرسائل 1890
طباعة الشاشة الحريرية 1907
الناسخ الكحولي 1923
طابعة تسامي الصبغة 1957
التنضيد الصوري ستينات القرن 20
الطابعة النقطية 1964
طابعة الليزر 1969
الطابعة الحرارية ~ 1972
الطابعة نافثة الحبر 1976
ستيريوليثغرافي 1986
الطباعة الرقمية 1993
الطباعة ثلاثية الأبعاد ~ 2003
عرض · نقاش · تعديل

الطباعة[عدل]

ولقد ارتبط مصطلح الطباعة في أذهان الكثيرين بالمنتجات ذات البعدين وبتقنيات الزخرفة سواء على الورق أو النسيج أو حتى طباعة الصور، ولكن أن يرتبط مصطلح الطباعة باحدى طرق التشكيل فذلك لم يتعوده العاملون في مجال التصميم الصناعي. وما زالت طريقة الطباعة ثلاثية الأبعاد تحت التطوير من قبل بعض الشركات العالمية وذلك بقصد الوصول الى انتاج سريع ومرن لأجزاء النموذج الأول (prototype) وكذلك الأجزاء النهائية للمنتج مباشرة من النموذج المصمم على الحاسب الآلي بمساعدة برنامج الأوتوكاد.

وهذه الطريقة لم يسبق لها مثيل في المرونة، حيث يمكن انتاج أي جزء أو شكل هندسي وبعدة خامات مثل الخزف، المعادن، البوليمرات، والعديد من المركبات الأخرى. ولقد ابتكر إمانويل ساكس Emanuel Sacks تقنية الطباعة الثلاثية الأبعاد عام 1993 وما زال التطوير بها مستمرا حتى يومنا.

التكنولوجيات[عدل]

تستخدم تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد لبناء أجزاء المنتج أو النموذج الأول في شكل طبقات، حيث يرسم الجزء المطلوب بمساعدة برنامج أوتوكاد ثم يقسم التصميم إلى رسوم محوسبة (Algorithm Draw) بحيث يحتوي كل رسم على المعلومات والتافصيل الدقيقة لكل طبقة.

ويتم بناء كل طبقة بنثر أو نفث مسحوق الخامة (powder) فوق سطح طبقة أخرى من المسحوق تم اعدادها كأساس.

ويتم تكوين أو بناء الطبقات بتقنية مشابهة لتلك المستخدمة في حالة الطباعة بالنفث الحبري (Ink-jet printing)، وتستخدم في هذه التقنية مواد رابطة (Binders) للخامات لتربط الحبيبات لكي يتم تشكيل النموذج.[3]

ويقوم مكبس (Piston) بضغط طبقة المسحوق الأساسية لتثبيتها ومن ثم يرتفع ليقوم بضغط الطبقة التالية التي سيتم نفصها ثم ربط حبيباتها باستخدام المواد الرابطة، ويتم تكرار بناء طبقة فوق طبقة حتى يكتمل تشكيل الجزء المطلوب.

ويتم نفث القطرات حسب الطلب حيث يقوم النافث (Nozzle) بتوزيع كميات منفصلة أو مستمرة من المواد الرابطة تترسب فوق طبقة من المسحوق سواء أكان مادة خزفية أو معدن أو بوليمرات والذي سوف يتحول الى قطاع رقيق للشكل المطلوب وبتكرار النفث للخامات والمواد الرابطة تتكون الطبقة تلو الأخرى حتى نحصل على الشكل النهائي.

ويمكن تشكيل أي خامة توجد في صورة مسحوق بواسطة طريقة الطباعة الثلاثية وأكثر من ذلك لأن الخامات المختلفة يمكن توزيعها أو نفثها بعدة رؤوس طباعة مختلفة، ويمكن أن نجري تحكم على تركيب الخامة كما يمكن أن نحدد بدقة متناهية الأماكن المناسبة لسقوط القطرات وذلك بقصد الحصول على ملامس محددة وللتحكم في التركيب الجزيئي الداخلي للجزء المنتج.

بعد ذلك تتم المعالجة الحرارية، حيث يتم التخلص من المسحوق غير المرتبط وكذلك المواد الرابطة الغير مرغوب فيها.

ويتم الحريق أو المعالجة الحرارية لدرجات حرارة تتعدى 1000 درجة مئوية حيث تحدث عملية التلبيد (sintering) لاكساب الجسم صلابة ومتانة تلائم الاستخدام.

ويستخدم في هذه التقنية نوعين من المواد الرابطة، النوع الأول يتفاعل ويترابط مع الخامات أو المساحيق المستخدم سواء كانت خزف أو معدن، أما النوع الثاني فلا يتفاعل مع الخامات ويتبخر أثناء عملية الحرق.

الاستخدامات[عدل]

تستخدم تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد بكثرة وبشكل أساسي في مجال الطب والصيدلة إلا أن لها تطبيقات في مجالات أخرى مثل الخزف والمعادن، وتشكيل قوالب الصب. ويقول إمانويل ساكس مبتكر الطباعة الثلاثية أن أساسيات تقنية الطباعة الثلاثية واحدة في كل حالة.

وتستخدم تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد في تصنيع منتجات تجارية ذات أسطح خاصة مثل المرشحات الصناعية وتتميز المرشحات المنتجة بطريقة الطباعة الثلاثية عن مثيلاتها المنتجة بطرق التشكيل التقليدية مثل طريقة التشكيل بالبثق أو طريقة الصب في القوالب، والتي غالبا ما تظهر بها بعض العيوب مثل التشققات (cracks).

وتتيح تقنية الطباعة الثلاثية كل الامكانيات لانتاج أسطح خاصة في مجال الخزف حيث يمكن التحكم في وضعية الأجزاء الدقيقة للخامات، مما يعرف بالطباعة الخزفية (ceraprinting).

ان طريقة الطباعة ثلاثية الأبعاد توحد المساحيق والمواد الرابطة بمرونة هندسية لم يسبق لها مثيل، وتختصر الطباعة الثلاثية الوقت اللازم لتسويق منتج جديد في العديد من المجالات وذلك بتحسين جودة المنتج، بالجمع بين التصميم والتصنيع مباشرة، وتخفض تكلفة المنتج بواسطة تخفيض تكلفة مرحلة التطوير والتحديث.

كذلك يمكن زيادة معدل الانتاج بتخصيص كل ماكينة أو طابعة لانتاج نوعية واحدة من المنتجات، لذلك فان الطباعة الثلاثية هي الثورة القادمة في التصنيع لكونها الرائدة في الانتاج السريع للنماذج الأولية وكذلك الأجزاء النهائية للمنتج.

مميزات تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد[عدل]

1- سهولة تعديل التصميم.

2- امكانية نسخ التصميمات باسخدام نظام مسح ضوئي رقمي وتحويلها الى منتج ثلاثي الأبعاد.

3- مكانية الحصول على أجزاء كبيرة الحجم، الأجزاء البارزة، الأجزاء المتداخلة، والأجزاء المعشقة بزاوية أقل من 90 درجة والتي من الصعب أو المستحيل الحصول عليها بطرق التشكيل التقليدية.

4- نظام استرجاع متكامل للخامات.

5- لا تستخدم أدوات أو أجهزة كثيرة وبذلك نختصر الوقت والتكلفة.

6- لا توجد حدود لمدى تعقيد التصميم.

7- تتفوق طريقة الطباعة الثلاثية على طرق التشكيل التقليدية وذلك أن مكونات المنتج في طريقة الطباعة الثلاثية تنافس أداء مثيلاتها التي صنعت بطرق التشكيل التقليدية.

8- تكلفة أقل.

9- دورة انتاج قصيرة جدا.

10- لحصول على منتج مطابق لكل المواصفات القياسية.

تكنولوجيات النمذجة وموادهم الأساسية[عدل]

  1. تحميص الليزر الانتقائي Selective laser sintering (SLS): لدائن حرارية، فلزات، رمل وزجاج
  2. نمذجة الترسيب المنصهر Fused Deposition Modeling (FDM): لدائن حرارية
  3. Digital Light Projection (DLP): پوليمر ضوئي
  4. ليثوگرافية فراغية Stereolithography (SL): پوليمر ضوئي
  5. أنظمة تغليف Lamination systems: الورق والبلاستيك
  6. صهر شعاع الإلكترون Electron Beam Melting (EBM): سبائك التيتانيوم
  7. طباعة ثلاثية الأبعاد (3DP): مواد مختلفة، بما فيها الراتنجات
  8. طباعة سيراميكية ثلاثية الأبعاد: مواد صلصالية وسيراميكية مختلفة

مقارنة الطابعات ثلاثية الأبعاد[عدل]

الصانع الموديل السعر ($) مواد النموذج مقاس المنتج (س‌ص‌ع، مم) حجم المنتج (بوصة^3) سمك الطبقة (مم) XY Positioning مادة الدعم نظام التشغيل الرخصة المفضلة التشبيك مقاس (مم، WDH) الوزن (رطل) متطلبات الطاقة مطابقة المواصفات
بت من البايت BFB 3000 3114 320x300x200 1172 0.1 0.05 GNU GPL 68 أقصى طاقةr 90 W (7.5 A @ 12 V)
MakerBot Industries, RepRap CupCake CNC 950 ABS Natural, Red, Green, Yellow, Blue, Pink, Black 100x100x130 80 0.34 .08 none ليونكس, OSX, ويندوز GNU GPL none none
رپراپ LaserCut Mendel 950ish ABS Natural, Red, Green, Yellow, Blue, Pink, Black 320x300x200 80 0.34 .08 none ليونكس, OSX, ويندوز GNU GPL none none
رپراپ Eiffel 300ish ABS Natural, Red, Green, Yellow, Blue, Pink, Black 80 0.34 .08 none Linux, OSX, Windows GNU GPL none none
رپراپ مندل 500ish ABS Natural, Red, Green, Yellow, Blue, Pink, Black 320x300x200 80 0.34 .08 none ليونكس, OSX, ويندوز GNU GPL none none
رپراپ ميني-مندل 500ish ABS Natural, Red, Green, Yellow, Blue, Pink, Black 100x100x130 80 0.34 .08 none لينوكس, OSX, ويندوز GNU GPL none none
Stratasys uPrint 14900 ABSPlus Ivory 203x152x152 288 0.254 Water soluble ويندوز إكس پي, ڤيستا, 7 قالب:Proprietary إثرنت 10/100 635x660x800, 635x660x953 (with cartridge) 168, 206 (with cartridge) 100-127 VAC 50/60 Hz, minimum 15A dedicated circuit, or

220-240 VAC 50/60 Hz, minimum 7A dedicated circuit

CE / ETL / RoHS / WEEE
Stratasys uPrint Plus 19900 ABSPlus ivory, white, red, blue, black, gray, nectarine, florescent yellow, olive green 203x203x152 384 0.254, 0.330 Water soluble ويندوز إكس پي, ڤيستا, 7 قالب:Proprietary إثرنت 10/100 635x660x800, 635x660x953 (with cartridge) 168, 206 (with cartridge) 100-127 VAC 50/60 Hz, minimum 15A dedicated circuit, or

220-240 VAC 50/60 Hz, minimum 7A dedicated circuit

CE / ETL / RoHS / WEEE
Stratasys BST 1200es 24900 ABSPlus ivory, white, red, blue, black, gray, nectarine, florescent yellow, olive green 254x254x305 1200 0.254, 0.330 بريكواي ويندوز إكس پي, ڤيستا قالب:Proprietary إثرنت 10/100 838x737x1143 326 100-127 VAC 50/60 Hz, minimum 15A dedicated circuit, or

220-240 VAC 50/60 Hz, minimum 7A dedicated circuit

CE / ETL
Stratasys SST 1200es 32900 ABSPlus Ivory, white, red, blue, black, gray, nectarine, florescent yellow, olive green 254x254x305 1200 0.254, 0.330 Water soluble ويندوز إكس پي, ڤيستا قالب:Proprietary إثرنت 10/100 838x737x1143 326 100-127 VAC 50/60 Hz, minimum 15A dedicated circuit, or

220-240 VAC 50/60 Hz, minimum 7A dedicated circuit

CE / ETL
Stratasys Elite 29900 ABSPlus Ivory, white, red, blue, black, gray, nectarine, florescent yellow, olive green 203x203x305 768 0.178, 0.254 Water soluble ويندوز إكس پي, ڤيستا قالب:Proprietary إثرنت 10/100 685x914x1041 300 100-127 VAC 50/60 Hz, minimum 15A dedicated circuit, or

220-240 VAC 50/60 Hz, minimum 7A dedicated circuit

CE / ETL

انظر أيضا[عدل]

  • مشروع آلة الطباعة ثلاثية الأبعاد المفتوحة المصدر رِب راب.

المصادر[عدل]

وصلات خارجية[عدل]