طباعة ثلاثية الأبعاد
في السنوات الأخيرة، أصبح من الممكن مالياً تطبيق الطباعة ثلاثية الأبعاد على مستوى االمشاريع 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 عروضا 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 سطح زائدobject (designed by George W. Hart) made of عديد حمض اللبنيك using aمشروع رب راب “Prusa Mendel” 3D printer for molten polymer deposition.
| جزء من سلسلة عن تاريخ الطباعة  |
|||
| 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 | ||
الطباعة
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 إلى انتاج سريع ومرن لأجزاء النموذج الأول (prototype) وكذلك الأجزاء النهائية للمنتج مباشرة من النموذج المصمم علىالحاسب 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 تقنية الطباعة الثلاثية الأبعاد عام 1993 وما زال تطويرها مستمرا حتى يومنا.
التكنولوجيات
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 يتحول كل شكل إلى بيانات رقمية ، يقوم جهاز الطباعة بعد ذلك بتنفيذها مجسمة من المادة المختارة بالتفاصيل 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 المادية بتقنية مشابهة لتلك المستخدمة في حالة الطباعة بالنفث الحبري (Ink-jet printing)، وتستخدم مع تلك الطبقات المادية مواد رابطة (Binders) للخامات لتربط الحبيبات فيتم تشكيل النموذج.[3]
ويقوم مكبس (Piston) بضغط طبقة المسحوق الأساسية لتثبيتها ومن ثم يرتفع ليقوم بضغط الطبقة التالية التي سيتم نفثها ثم ربط حبيباتها باستخدام المواد الرابطة، ويتم تكرار بناء طبقة فوق طبقة حتى يكتمل تشكيل الشكل 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 إلى 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 التلبيد.
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).
إن 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 والتصنيعمباشرة، وتخفض تكلفة المنتج بواسطة تخفيض تكلفة مرحلة التطوير و[التحديث[]].
كذلك يمكن زيادة معدل الانتاج بتخصيص كل ماكينة أو طابعة لانتاج نوعية واحدة من المنتجات، لذلك فإن الطباعة الثلاثية هي الثورة القادمة في التصنيع لكونها الرائدة في الانتاج السريع للنماذج الأولية وكذلك الأجزاء النهائية للمنتج.
مميزات تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد[عدل]
تحويل شكل مجسم إلى بيانات قابلة للتشكيل الطبقي.
3D-Drucker der Bauhütte der Sagrada Familia zur Herstellung komplexer Modelle
- سهولة تعديل التصميم.
- امكانية نسخ التصميمات باستخدام نظام مسح ضوئي رقمي scanning للنموذج الأول بواسطة حاسوب ووب كام وسوفتوير خاص . وبعد ذلك يتم تحويل البيانات إلى منتج ثلاثي الأبعاد من المادة المختارة.
- امكانية 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.
- نظام استرجاع متكامل للخامات.
- لا تستخدم أدوات أو أجهزة كثيرة وبذلك يختصر الوقت والتكلفة.
- لا توجد حدود لمدى تعقيد التصميم.
- تتفوق طريقة الطباعة الثلاثية على طرق التشكيل التقليدية وذلك أن مكونات المنتج في طريقة الطباعة الثلاثية تنافس أداء مثيلاتها التي صنعت بطرق التشكيل التقليدية.
- تكلفة أقل بالنسبة للأشكال المعقدة.
- دورة انتاج قصيرة جدا.
- لاشي
- لاشي
تكنولوجيات النمذجة وموادهم الأساسية[عدل]
تمثال أثري Venus vom Hohlefels عمره نحو 35.000 سنة أعيد طبعه بالطباعة ثلاثية الأبعاد .
- تلبيد الليزر الانتقائي Selective laser sintering (SLS): لدائن حرارية، فلزات، رمل وزجاج
- نمذجة الترسيب المنصهر Fused Deposition Modeling (FDM): لدائن حرارية
- Digital Light Projection (DLP): پوليمر ضوئي
- ليثوگرافية فراغية Stereolithography (SL): پوليمر ضوئي
- أنظمة تغليف Lamination systems: الورق والبلاستيك
- صهر شعاع الإلكترون Electron Beam Melting (EBM): سبائك التيتانيوم
- طباعة ثلاثية الأبعاد (3DP): مواد مختلفة، بما فيها الراتنجات
- طباعة سيراميكية ثلاثية الأبعاد: مواد صلصالية وسيراميكية مختلفة
استخدام في المتاحف[عدل]
يمكن بواسطة الطباعة ثلاثية الأبعاد صناعة نماذج طبق الأصل في الشكل واللون للتحف الأثرية بغرض الحفاظ عليها في حالة تآكل الأصل أو ضياعه . يمكن في تلك الصناعة أيضا تصغير النموذج الناتج.
استخدامها في الطب[عدل]
تستخدم الطباعة ثلاثية الأبعاد الآن بكثرة في مجال الطب من خلال[4]:
- طباعة الجزء المصاب ليتحول إلى مجسم ملموس مما يسهل تشخيص الأمراض الأكثر تعقيدا مثل السرطانات
- تستخدم أيضا في صناعةاالأجهزة التعويضية والأطراف الصناعية كما يمكن استبدال العظام التالفة وصناعة المفاصل
- تستخدم أيضا في طباعة الجنين للكشف الدقيق و المبكر عن التشوهات
- تستخدم أيضا في صنع نماذج لأجهزة الجسم بغرض التعلم والدراسة
- كما تستخدم أيضا في صنع بعض الأدوات الجراحية والإلكترونيات الطبية
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 | الرخصةالمفضلة | التشبيك | مقاس (مم، WDH) | الوزن (رطل) | متطلبات الطاقة | مطابقة المواصفات |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| بت من البايت | BFB 3000 | 3114 | 320x300x200 | 1172 | 0.1 | 0.05 | رخصة جنو العمومية | 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 | رخصة جنو العمومية | none | none | |||
| رپراپ | LaserCut Mendel | 950ish | ABS Natural, Red, Green, Yellow, Blue, Pink, Black | 320x300x200 | 80 | 0.34 | .08 | none | ليونكس, OSX, ويندوز | رخصة جنو العمومية | none | none | |||
| رپراپ | Eiffel | 300ish | ABS Natural, Red, Green, Yellow, Blue, Pink, Black | 80 | 0.34 | .08 | none | Linux, OSX, Windows | رخصة جنو العمومية | none | none | ||||
| رپراپ | مندل | 500ish | ABS Natural, Red, Green, Yellow, Blue, Pink, Black | 320x300x200 | 80 | 0.34 | .08 | none | ليونكس, OSX, ويندوز | رخصة جنو العمومية | none | none | |||
| رپراپ | ميني-مندل | 500ish | ABS Natural, Red, Green, Yellow, Blue, Pink, Black | 100x100x130 | 80 | 0.34 | .08 | none | لينوكس, OSX, ويندوز | رخصة جنو العمومية | none | none | |||
| Stratasys | uPrint | 14900 | ABSPlus Ivory | 203x152x152 | 288 | 0.254 | Water soluble | ويندوز إكس پي, ڤيستا, 7 | برمجيات احتكارية | إثرنت 10/100 | 635x660x800, 635x660x953 (with cartridge) | 168, 206 (with cartridge) | 100-127 VAC 50/60 Hz, minimum 15A dedicated circuit, or220-240 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 | برمجيات احتكارية | إثرنت 10/100 | 635x660x800, 635x660x953 (with cartridge) | 168, 206 (with cartridge) | 100-127 VAC 50/60 Hz, minimum 15A dedicated circuit, or220-240 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 | برمجيات احتكارية | إثرنت 10/100 | 838x737x1143 | 326 | 100-127 VAC 50/60 Hz, minimum 15A dedicated circuit, or220-240 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 | برمجيات احتكارية | إثرنت 10/100 | 838x737x1143 | 326 | 100-127 VAC 50/60 Hz, minimum 15A dedicated circuit, or220-240 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 | برمجيات احتكارية | إثرنت 10/100 | 685x914x1041 | 300 | 100-127 VAC 50/60 Hz, minimum 15A dedicated circuit, or220-240 VAC 50/60 Hz, minimum 7A dedicated circuit | CE / ETL |
انظر أيضا[عدل]
- مشروع آلة الطباعة ثلاثية الأبعاد المفتوحة المصدر رِب راب.
المصادر[عدل]
- ^ See animation of layering
- ^ “Close-Up On Technology – 3D Printers Lead Growth of Rapid Prototyping – 08/04”. Ptonline.com. اطلع عليه بتاريخ 2009-09-01.
- ^ د. حسان رشيد عبد العزيز. “الطباعة ثلاثية الأبعاد (العبور السريع للمنتج)” (PDF). كلية المعلمين بمحافظة جدة،.
- ^ الطباعة ثلاثية الأبعاد بالعربية
وصلات خارجية[عدل]
- Business Week: Printing in 3D Gets Practical
- Something Completely Different – 3D Printing
- Times Online article – Microtrends: 3D Printing
- Technical Articles on 3D printing
- 3D printer reshapes world of copying
- 3D Printing for the Masses
- ‘Gadget printer’ promises industrial revolution New Scientist
- A Factory on Your Desk
- النيويورك تايمز وفيه فيديو رائع يستعرض الوضع الحالي لتكنولوجيات الطباعة ثلاثية الأبعاد.
|