كيف تعمل الطابعة ثلاثية الابعاد

ما هي الطابعة ثلاثية الأبعاد؟

تُعدُّ الطابعة ثلاثية الأبعاد آلةً لتصنيع مخرجات صلبة ثلاثية الأبعاد من ملف رقمي، إذ يُنشأُ مخرج مطبوع ثلاثي الأبعاد عن طريق عمليات مضافة تتمثل بوضع طبقات متتالية من المواد لإنشاء هذا المخرج، ويُمكن مشاهدة جميع الطبقات على أنّها مقطع عرضي مقطّع إلى شرائح رقيقة جدًا من المخرج كاملًا، كما تقابل الطابعة ثلاثة الأبعاد في آلية عملها ماكينات التصنيع التي تقطّع قطعة من المعدن أو البلاستيك بواسطة آلة الطحن مثلًا، ذلك أنّها تضيف موادًا لتكوّن المجسم المراد ولا تُنقصها ليتكون الشكل المطلوب، وتُساعد هذه الطابعة على إنتاج أشكال معقّدة عن طريق استخدام مواد أقل من طرق التصنيع التقليدية^[١].

كيف تعمل الطابعة ثلاثية الأبعاد؟

توجد عدّة خطوات رئيسية توضّح كيفيّة عمل الطابعة ثلاثية الأبعاد يُمكن معرفتها، ومنها ما يلي^[٢]:

• برامج النمذجة ثلاثية الأبعاد: إنّ الخطوة الأولى في أي عملية طباعة ثلاثية الأبعاد هي النمذجة ثلاثية الأبعاد، وذلك لأن الطابعة ثلاثية الأبعاد لا يُمكنها تخمين ما تريد طباعته، كما إنّ بعض التصميمات تكون معقدّةً جدًا ومتعددة التفاصيل فتحتاج لطرق تصنيع متداخلة، لذا يجب تصميم المخرجات في برنامج نمذجة ثلاثية الأبعاد، علمًا أنّ السبب وراء الترحيب بالطابعة ثلاثية الأبعاد واعتبارها مغيرًا حقيقيًا في العيديد من مجالات الصناعات هو قدرة برنامج النمذجة ثلاثية الأبعاد على السماح بالتصميمات الدقيقة جدًا، كما أنّ هذا البرنامج مهم بشكل خاص لصناعة طب الأسنان إذ يُستخدم لتصميم تقويم الأسنان بدقة متناهية، كما إنّه مهم أيضًا في مجال الفضاء لا سيما في تصنيع الأجزاء المعقدة من سفن الفضاء وصواريخه.
• تشريح النموذج: إنَّ الخطوة الثانية بعد إنشاء النموذج هي خطوة التقطيع، وبما أنّ الطابعات ثلاثية الأبعاد لا يُمكنها تصوّر مفهوم الأبعاد الثلاثية مثل البشر يحتاج المهندسون إلى تقسيم النموذج إلى عدّة طبقات لتتمكن الطابعة من إنشاء المنتج النهائي، وفي مرحلة التقطيع يجري البرنامج عمليات مسح لكل طبقة من النموذج، ثمّ يوجه الأوامر للطابعة بطريقة التحرّك من أجل إعادة إنشاء الطبقة، ثمّ يخبر قواطع الطابعة بالمكان الصحيح لملء النموذج، فيُخرج لنا مخرجًا ثلاثي الأبعاد مطبوعًا طباعةً أوليةً باستخدام شبكات داخلية وأعمدة لدعمه، فهو بمثابة الأساس لعملية الطباعة، وبعد انتهاء مراحل التقطيع يُرسل الكائن الأولي إلى الطابعة ثلاثية الأبعاد من أجل عملية الطباعة الفعلية.
• الطباعة ثلاثية الأبعاد: بعد نمذجة الكائن ثلاثي الأبعاد وتقطيعه تتولى الطابعة مهمة أخر مرحلة، فتعمل كما لو أنّها الطابعة التقليدية النافثة للحبر في مبدأ عملية الطباعة عمومًا، إذ تتحرك الفوهة ذهابًا وإيابًا أثناء توزيع الشمع أو طبقة البوليمر التي تُشبه البلاستيك، فتوزع طبقةً تلو الأخرى، ثمَّ تنظرقليلًا من أجل تجفيف الطبقة وتضيف المستوى التالي بعد ذلك، علمًا أنّه سيُضاف مئات أو آلاف المطبوعات ثنائية الأبعاد فوق بعضها البعض من أجل الحصول على كائن ثلاثي الأبعاد، بل وتوجد مجموعة متنوعة من المواد الأخرى التي قد تستخدمها الطابعة لإعادة إنشاء الكائن بأفضل قدرة لديها كخيوط ألياف الكربون والخيوط المعدنية والخشبية وغيرها.

أنواع الطابعات ثلاثية الأبعاد

يوجد عدّة أنواع للطابعات ثلاثية الأبعاد يُمكن معرفتها، ومنها ما يلي^[٣]:

• نمذجة ترسُّب الصمامات أو تصنيع الشعيرات المنصهرة (FDM).
• صهر الشعاع الرقمي (EBM).
• تقنية ستيريوليثغراف للتصنيع (SLA).
• تصنيع المخرجات المغلفة (LOM).
• معالجة الضوء الرقمي (DLP).
• صهر الليزر الأنتقائي (SLM).
• التلبيد الإنتقائي بالليزر (SLS).

استخدامات الطابعة ثلاثية الأبعاد

يوجد العديد من استخدامات الطابعة ثلاثية الأبعاد المفيدة في الحياة، ومنها ما يلي^[٤]:

• التعليم: تدمج المدارس المتطورة أساليب الطباعة ثلاثية الأبعاد في مناهجها الدراسية، ذلك أنَّ الطباعة ثلاثية الأبعاد تُساعد على إعداد الطلاب وتهيئتهم بطريقة أفضل لمستقبلهم عن طريق السماح للطلاب بإنشاء النماذج الأولية من غير الحاجة إلى أدوات غالية الثمن، فيتعرَّف الطلاب على نتائج الطابعة من خلال إنتاج وتصميم نماذج يُمكن الإحتفاظ بها، بل إنّ هذه الطابعات أصبحت موجودةً وسائعة الاستخدام في المكتبات والفصول الدراسية والجامعات لمساعدة الطلاب من استخدامها في إنشاء المشاريع الخاصة بهم لا سيما المشاريع الهندسية، وتُقدم بعض الشركات دورات من أجل الحصول على شهادات في تطبيقات الطباعة ثلاثية الأبعاد للطلاب وللمعلمين.
• النماذج الأولية في التصنيع: طوّرت الطباعة ثلاثية الأبعاد لأول مرة من أجل الحصول على نماذج أودية بسرعة أكبر، إذ يُكلّف النموذج الأولي التقليدي مئات الآلاف من الدولارات، كما إنّه يحتاج أيضًا إلى عدّة أسابيع من أجل إنتاج قالب واحد، أمّا تصنيع النموذج الأولي بواسطة تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد فإنة يحتاج إلى عدّة ساعات وبجزء بسيط من التكلفة فقط، الأمر الذي جعل صناعة الطائرات والسيارات المستفيد الأكبر من تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد.
• الطب: إذ توجد ضرورة مُلحَّةٌ لتطبيقات الطباعة ثلاثية الأبعاد في عالم الطب، فيُجمع بين المواد الحيوية مثل عومل النمو والخلايا من أجل إنشاء هيكل يُشبه الأنسجة كما في الأطراف الصناعية مثلًا، كما تُستخدم هذه الطباعة في الطب من أجل إنتاج غرسات العظام المعدنية ذات الطبيعة المسامية التي تتكامل بسهولة مع العظام الطبيعية للمريض.
• البناء: تُستخدم تطبيقات الطابعة ثلاثية الأبعاد من أجل تصنيع المباني إذ تُستخدم للأسمنت والشمع والرغوة والبوليمرات، وتقاس بواسطتها مدى تُرابط المسحوق التلبيد مع البوليمر أواللحام وغيره، بل وتحتوي الطباعة ثلاثية الأبعادعلى مجموعة كبيرة من التطبيقات في القطاعات العامة والخاصة والصناعية والتجارية في مجال البناء تحديدًا، علمًا أنّه بالإمكان إضافة التعقيد والدقة في البناء ليكون أكثر سرعةً وأقل تكاليفًا وهدرًا.
• الفن والموجوهرات: إذ تُنتج العديد من القطع الفريدة والنادرة من نوعها بواسطة الطابعة ثلاثية الأبعاد، كما إنها تنتج أيضًا قطعًا مخصصةً حسب الطلب وبتكلفة أقل بكثير باستخدام مواد الطباعة مثل البلاتين أو الذهب، ما أدّى إلى إدخالها مجال الفنون أيضًا.

المراجع

1. ↑ "What is 3D Printing?", 3dprinting, Retrieved 22/12/2020. Edited.
2. ↑ "THE U.S. IS DESPERATE FOR VENTILATORS AND N95 MASKS. CAN WE 3D PRINT THEM?", builtin, Retrieved 22/12/2020. Edited.
3. ↑ Kseniia Snikhovska (15/9/2020), "The different types of 3D printing technology", penandplastic, Retrieved 22/12/2020. Edited.
4. ↑ "THE TOP FIVE 3D PRINTING APPLICATIONS", makerbot, Retrieved 22/12/2020. Edited.