الطباعة ثلاثية الأبعاد: ما تحتاج إلى معرفته

إنهم ليسوا طابعة أسطوانات بجدك أو مصفوفة نقطية لأمك. في الواقع ، فإنها تحمل القليل من التشابه مع طابعات المستندات والصور الحالية ، والتي لا يمكن طباعتها إلا في بعدين قديمين مملين. كما يوحي اسمها ، يمكن للطابعات ثلاثية الأبعاد بناء كائنات ثلاثية الأبعاد ، من مجموعة متنوعة من المواد. إنهم يسيرون في الاتجاه السائد ، حيث يظهرون في متاجر التجزئة مثل Staples و Best Buy و Home Depot ، ويمكنك شراء العديد من الطابعات ثلاثية الأبعاد ومستلزماتها على Amazon.com وعبر منافذ البيع عبر الإنترنت الأخرى. على الرغم من أنه لا يزال يوجد في الغالب على أرضيات المتاجر أو في استوديوهات التصميم والمدارس والمراكز المجتمعية وفي أيدي الهواة ، فإن الطابعات ثلاثية الأبعاد تتواجد بشكل متزايد على منضدة العمل ، وفي غرف التسجيل والمطابخ ، وربما في منزل قريب منك ، إذا ليس بنفسك.

ما هي الطباعة ثلاثية الأبعاد؟

في أبسط صورها ، الطباعة ثلاثية الأبعاد هي عملية تصنيع يتم فيها وضع المواد ، طبقة تلو الأخرى ، لتشكيل كائن ثلاثي الأبعاد. (تعتبر هذه عملية مضافة لأن الكائن مبني من نقطة الصفر ، على عكس العمليات الطرحية التي يتم فيها قص المواد أو حفرها أو طحنها أو تشغيلها.) على الرغم من أن الطابعات ثلاثية الأبعاد تستخدم مجموعة متنوعة من المواد (مثل البلاستيك أو المعدن) والتقنيات (انظر "كيف تعمل الطباعة ثلاثية الأبعاد؟" أدناه) ، فهي تشترك في القدرة على تحويل الملفات الرقمية التي تحتوي على بيانات ثلاثية الأبعاد - سواء تم إنشاؤها باستخدام برنامج للتصميم بمساعدة الكمبيوتر (CAD) أو برنامج التصنيع بمساعدة الكمبيوتر (CAM) ، أو من ماسح ضوئي ثلاثي الأبعاد - إلى كائنات فعلية.

هو 3D الطباعة حتى الطباعة؟

نعم ، يمكن اعتبار الطباعة ثلاثية الأبعاد طباعة ، على الرغم من أنها ليست كما تم تعريفها تقليديًا. تتركز تعريفات Webster ذات الصلة بـ "الطباعة" على إنتاج المطبوعات أو المنشورات أو الصور الفوتوغرافية وإنتاجها عن طريق الانطباع (تطبيق الضغط). لا تعريف حقا يناسب الطباعة 3D. ولكن من منظور تكنولوجي ، تعد الطباعة ثلاثية الأبعاد ثمرة للطباعة التقليدية ، حيث يتم تطبيق طبقة من المواد (عادةً الحبر). عادة ما يكون نحيفًا جدًا بحيث لا يوجد ارتفاع ملحوظ (على الرغم من أنه مع طابعات الحبر الصلبة ، يكون سمكه إلى حد ما). ما تقوم به الطباعة ثلاثية الأبعاد هو تمديد هذا الارتفاع إلى حد كبير من خلال تطبيق طبقات متعددة. لذلك سيكون من المنطقي توسيع تعريف الطباعة ليشمل تصنيع الأشياء ثلاثية الأبعاد بهذه الطريقة.

كيف تعمل الطباعة ثلاثية الأبعاد؟

مثل الطابعات التقليدية ، تستخدم الطابعات ثلاثية الأبعاد مجموعة متنوعة من التقنيات. الأكثر شيوعًا هو نمذجة الترسيب المنصهرة (FDM) ، والمعروفة أيضًا باسم تلفيق الفتيل المنصهر (FFF). في ذلك ، يتم إذابة خيوط - مؤلفة من أكريلونيتريل بوتادين ستيرين (ABS) ، حمض polylactic (PLA) ، أو لدائن حرارية أخرى - من خلال فوهة قذف ساخنة في طبقات. تستخدم الطابعات ثلاثية الأبعاد الأولى التي يتم طرحها في الأسواق ، والتي تم إنتاجها في منتصف التسعينيات بواسطة شركة ستراتاسيس بمساعدة شركة IBM ، FDM (مصطلح يطلق عليه شركة ستراتاسيس) ، كما تفعل معظم الطابعات ثلاثية الأبعاد الموجهة للمستهلكين والهواة والمدارس.

تقنية أخرى تستخدم في الطباعة ثلاثية الأبعاد هي الطباعة المجسمة. في ذلك ، يتم تلميع ليزر الأشعة فوق البنفسجية في وعاء من بوليمر فوتوفوليت حساس للأشعة فوق البنفسجية ، ويتتبع الكائن المراد إنشاؤه على سطحه. يصلب البوليمر في أي مكان يلامس فيه الحزمة ، ويقوم الشعاع "بطباعة" طبقة الكائن بطبقة وفقًا للتعليمات الموجودة في ملف CAD أو CAM الذي يعمل منه.

بشكل مختلف ، لديك أيضًا طباعة ثلاثية الأبعاد لجهاز الإسقاط الضوئي الرقمي (DLP). تعرض هذه الطريقة البوليمر السائل للضوء من جهاز عرض معالجة ضوئي رقمي. يعمل هذا على تقوية طبقة البوليمر بطبقة حتى يتم بناء الكائن ، ويتم صرف البوليمر السائل المتبقي.

النمذجة متعددة النفاثات عبارة عن نظام طباعة ثلاثي الأبعاد يشبه النافثة للحبر يرش رابطًا ملونًا يشبه الغراء على طبقات متتالية من المسحوق حيث يتم تكوين الكائن. هذا من بين أسرع الطرق ، وإحدى الطرق القليلة التي تدعم الطباعة متعددة الألوان.

من الممكن تعديل نفث الحبر القياسي للطباعة باستخدام مواد أخرى غير الحبر. لقد قام أصحاب الأعمال المتميزة بتكوين رؤوس طباعة أو تعديلها ، ورؤوس كهرضغطية عامة ، للعمل مع مواد مختلفة - في بعض الحالات ، يطبعون رؤوس الطباعة بأنفسهم على طابعات ثلاثية الأبعاد أخرى! تبيع شركات مثل MicroFab Technologies رؤوس طباعة ثلاثية الأبعاد (بالإضافة إلى أنظمة طباعة كاملة).

يستخدم تلبد الليزر الانتقائي (SLS) ليزرًا عالي الطاقة لدمج جزيئات البلاستيك أو المعدن أو السيراميك أو الزجاج. في نهاية المهمة ، يتم إعادة تدوير المواد المتبقية. يستخدم ذوبان حزمة الإلكترون (EBM) - تفكر في ذلك - شعاع الإلكترون لإذابة مسحوق المعادن ، طبقة تلو الأخرى. غالبًا ما يستخدم التيتانيوم مع EBM لتوليف الغرسات الطبية ، وكذلك أجزاء الطائرة.

اعتمادًا على هذه التقنية ، يمكن للطابعات ثلاثية الأبعاد استخدام مجموعة متنوعة من المواد ، بما في ذلك على سبيل المثال لا الحصر المعادن (الفولاذ المقاوم للصدأ ، واللحام ، والألمنيوم ، والتيتانيوم فيما بينها) ؛ المواد البلاستيكية والبوليمرات (بما في ذلك المواد المركبة التي تجمع المواد البلاستيكية مع المعادن والخشب وغيرها من المواد) ؛ سيراميك؛ جص؛ زجاج؛ وحتى المواد الغذائية مثل الجبن ، الجليد ، والشوكولاته! (انظر التمهيدي لدينا على أنواع خيوط الطابعة 3D.)

الذي اخترع الطباعة 3D؟

تم إنشاء أول طابعة ثلاثية الأبعاد ، والتي استخدمت تقنية الطباعة المجسمة ، بواسطة Charles W. Hull في منتصف الثمانينيات. تعد الطباعة الحجرية المجسمة تقنية تجارية باهظة الثمن ، حيث تبلغ تكلفة الآلات في كثير من الأحيان 100000 دولار أو أكثر.

في عام 1986 ، أسس Hull أنظمة ثلاثية الأبعاد ، وهي شركة تبيع اليوم طابعات ثلاثية الأبعاد تستخدم مجموعة متنوعة من التقنيات. وهي تتراوح من مجموعات الدخول إلى الأنظمة التجارية المتقدمة ، كما توفر أنظمة 3D خدمات قطع الغيار عند الطلب ، ومعظمها إلى مستخدمي الأعمال.

ما هي فوائد الطباعة ثلاثية الأبعاد؟

مع الطباعة ثلاثية الأبعاد ، يكون لدى المصممين القدرة على تحويل المفاهيم بسرعة إلى نماذج ثلاثية الأبعاد أو نماذج أولية (تُعرف أيضًا باسم "النماذج الأولية السريعة") ، وتنفيذ تغييرات التصميم السريعة. إنها تتيح للمصنعين إنتاج منتجات حسب الطلب بدلاً من عمليات التشغيل الكبيرة ، مما يحسن إدارة المخزون ويقلل مساحة المستودعات. يمكن للأشخاص في المواقع النائية تصنيع أشياء قد يتعذر عليهم الوصول إليها.

من وجهة نظر عملية ، يمكن للطباعة ثلاثية الأبعاد توفير الأموال والمواد مقابل أساليب الطرح ، حيث يتم هدر القليل من المواد الخام. وهو يعد بتغيير طبيعة التصنيع ، مما يسمح للمستهلكين في النهاية بتنزيل الملفات لطباعة حتى الكائنات ثلاثية الأبعاد المعقدة - بما في ذلك ، على سبيل المثال ، الأجهزة الإلكترونية - في منازلهم.

ما الذي يمكن أن تجعله الطابعات ثلاثية الأبعاد؟

يستخدم المصممون الطابعات ثلاثية الأبعاد لإنشاء نماذج ونماذج أولية للمنتج بسرعة ، لكنهم يستخدمون بشكل متزايد لصنع منتجات نهائية أيضًا. من بين العناصر المصنوعة من الطابعات ثلاثية الأبعاد ، تصاميم الأحذية ، والأثاث ، وسبائك الشمع لصنع المجوهرات ، والأدوات ، والحوامل الثلاثية ، والهدايا والعناصر الجديدة ولعب الأطفال. تستخدم صناعات السيارات والطيران الطابعات ثلاثية الأبعاد لتصنيع قطع الغيار. يمكن للفنانين إنشاء منحوتات ، ويمكن للمهندسين المعماريين تصنيع نماذج لمشاريعهم. يستخدم علماء الآثار الطابعات ثلاثية الأبعاد لإعادة بناء نماذج من التحف الهشة ، بما في ذلك بعض الآثار التي تم تدميرها في السنوات الأخيرة من قبل داعش. وبالمثل ، يمكن لعلماء الحفريات وطلابهم تكرار الهياكل العظمية للديناصورات وغيرها من الحفريات. تحقق من معرضنا للكائنات الطابعة ثلاثية الأبعاد بسيطة وعملية.

يمكن للأطباء والفنيين الطبيين استخدام الطباعة ثلاثية الأبعاد لتصنيع الأطراف الاصطناعية وأدوات السمع والأسنان الصناعية وترقيع العظام ، بالإضافة إلى نماذج من الأعضاء والأورام وغيرها من الهياكل الجسدية الداخلية من الأشعة المقطعية استعدادًا للجراحة. ومن الأمثلة الجيدة على ذلك مشروع دانيال ، الذي يطبع ثلاثي الأبعاد الأسلحة الاصطناعية وأيدي ضحايا العنف في السودان. كما أن الطابعات ثلاثية الأبعاد التي يتم تطويرها والتي يمكنها وضع طبقات من الخلايا لإنشاء أعضاء اصطناعية (مثل الكلى والأوعية الدموية) هي بالفعل في مرحلة البحث والتطوير. حتى أنه يوجد مكان للطباعة ثلاثية الأبعاد في الطب الشرعي ، على سبيل المثال لتكرار رصاصة موجودة داخل الضحية.

الإلكترونيات المطبوعة هي مجموعة من طرق الطباعة التي تمكن الأجهزة الإلكترونية أو الدوائر من الطباعة على مواد مرنة مثل الملصقات والأقمشة والكرتون عن طريق تطبيق الأحبار الإلكترونية أو الضوئية. يوفر تصنيعًا منخفض التكلفة جدًا للأجهزة منخفضة الأداء. بدأ دمج الإلكترونيات المطبوعة مع الطباعة ثلاثية الأبعاد ، مما يتيح طباعة الدوائر أو الأجهزة ذات الطبقات. تتمثل النتيجة الطبيعية لهذا التحرير والسرد القوي في أنه في يوم من الأيام قد تكون قادرًا على طباعة الأدوات الذكية من خطط ثلاثية الأبعاد بدلاً من شرائها.

يعد تحضير الطعام طريقة أخرى لاستخدام الطابعات ثلاثية الأبعاد. يستخدم معهد الطهي الفرنسي طابعة ثلاثية الأبعاد مفتوحة المصدر تم تطويرها في جامعة كورنيل لإعداد الأطباق الفنية ، وأنشأ معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا طابعة طعام ثلاثية الأبعاد تسمى Cornucopia. يقوم عدد صغير من المطاعم باختبار النماذج الأولية للطابعة. تضمنت أبحاث الطباعة ثلاثية الأبعاد الخاصة بـ NASA طباعة المواد الغذائية ، مثل البيتزا ثلاثية الأبعاد.

حفنة من طابعات 3D الغذائية أصبحت متاحة تجاريا. أنها تميل إلى التركيز على عناصر معينة من المواد الغذائية ، مثل الشوكولاته ، أو الفطائر ، أو ملفات تعريف الارتباط.

ما هي خدمات الطباعة ثلاثية الأبعاد؟

ليس لديك امتلاك طابعة ثلاثية الأبعاد للاستفادة منها. تقوم العديد من خدمات الطباعة ثلاثية الأبعاد ، مثل Shapeways و Sculpteo ، بطباعة الهدايا وغيرها من العناصر الصغيرة حسب الطلب على طابعات ثلاثية الأبعاد الخاصة بها ، ثم شحنها إلى العميل. يمكن للعملاء إما إرسال ملفات الكائنات ثلاثية الأبعاد الخاصة بهم أو اختيار عناصر ، معظمها مصمم من قبل مستخدمين آخرين للخدمة ، من كتالوج عبر الإنترنت.

لكن خدمات الطباعة ثلاثية الأبعاد لم تعد مجال اختصاص المتخصصين فقط. قدمت الشركات الكبرى مثل Staples و UPS خدمات الطباعة ثلاثية الأبعاد ، وقد أضافت بعض متاجر الطباعة التقليدية الطباعة ثلاثية الأبعاد إلى مخزونها.

أين يمكنني الحصول على طابعة ثلاثية الأبعاد؟

معظم الشركات المصنعة للطابعة ثلاثية الأبعاد تبيع منتجاتها مباشرة عبر الإنترنت. يقوم الكثير من المصفّفين الإلكترونيين بتخزينها الآن ، بما في ذلك الشركات التي تعمل عبر الإنترنت فقط مثل Amazon.com ، وغيرها من الشركات التي لديها أيضًا متاجر للقرميد والملاط. بعض هذه الأخيرة ، مثل Walmart و Best Buy و Staples ، تعرضها في المتاجر وكذلك عبر الإنترنت ، ولكن تأكد من التحقق من توفر المتجر على مواقعها على شبكة الإنترنت حيث أن جميع المنافذ لا تحملها. تم فتح العديد من متاجر الطابعات ثلاثية الأبعاد في المدن الكبرى. على سبيل المثال ، لدى iMakr واجهات متاجر في لندن ومدينة نيويورك.

يتخصص عدد قليل من تجار التجزئة على الإنترنت في الطابعات ثلاثية الأبعاد ، مثل Dynamism ، التي تبيع مجموعة من الطابعات ثلاثية الأبعاد من مختلف العلامات التجارية وتوفر أيضًا دعم العملاء.

ما هي البرامج التي أحتاجها للطباعة ثلاثية الأبعاد؟

تقبل جميع الطابعات ثلاثية الأبعاد تقريبًا الملفات بتنسيق STL (المسمى بالتجسيم المجسم). يمكن إنتاج هذه الأنواع من الملفات بواسطة معظم برامج CAD ، من الحزم التجارية باهظة الثمن مثل AutoCAD إلى المنتجات المجانية أو مفتوحة المصدر مثل Google SketchUp و Blender. بالنسبة لأولئك الذين لا يميلون إلى إنشاء ملفات ثلاثية الأبعاد خاصة بهم ، توفر قواعد بيانات الكائنات ثلاثية الأبعاد مثل MakerBot's Thingiverse العديد من ملفات الكائنات ثلاثية الأبعاد التي يمكن تنزيلها وطباعتها.

تأتي معظم الطابعات ثلاثية الأبعاد مع مجموعة برامج ، إما متوفرة على القرص أو متوفرة للتنزيل ، والتي تتضمن كل ما تحتاجه للحصول على الطباعة. توفر الأجنحة عادةً برنامجًا للتحكم في الطابعة وقاطع التقطيع ، والذي يقوم ، عند التحضير للطباعة ، بتنسيق ملف الكائن إلى طبقات بناءً على الدقة المحددة وعوامل أخرى. تتضمن بعض الأجنحة برنامج "شفاء" ملف الكائن عن طريق تصحيح المشكلات التي قد تتداخل مع الطباعة السلسة. خرجت البرامج من حركة RepRap مفتوحة المصدر ، والتي تم تطوير الطباعة ثلاثية الأبعاد لهاوي. مع بعض الطابعات ، يمكنك اختيار برامج المكونات الفردية لتنزيلها بدلاً من الانتقال إلى أي شيء يتم توفيره في المجموعة.

ماذا يحمل المستقبل للطباعة ثلاثية الأبعاد؟

تتوفر مجموعة متنوعة من الطابعات ثلاثية الأبعاد للمنازل والشركات الصغيرة بسهولة - وقد استعرضت PCMag عددًا كبيرًا منها - لكنها لا تزال غالبًا ما تعتبر موانع غريبة ، بل غالية الثمن. توقع أن يتغير ذلك خلال السنوات القليلة المقبلة ، عندما تصبح الطابعات ثلاثية الأبعاد أكثر شيوعًا في المنازل - يمكن العثور عليها في منضدة العمل ، وفي الاستوديوهات ، والمكاتب المنزلية ، وحتى في المطبخ. قد لا تجدهم في كل منزل ، لكنهم سيصبحون لا غنى عنه لأولئك الذين لديهم. بالنسبة للجزء الأكبر ، كان للعناصر المصنوعة من الطابعات ثلاثية الأبعاد تصميمات داخلية متجانسة ، لكننا سنبدأ في رؤية إبداعات أكثر تعقيدًا تجمع بين مواد متعددة ومركبات ، بالإضافة إلى إلكترونيات قابلة للطباعة. مع الطابعات ثلاثية الأبعاد اليوم ، إذا فقدت غطاء البطارية الخاص بجهاز التلفزيون ، فيمكنك طباعة غطاء بديل. مع الغد ، إذا فقدت جهاز التحكم عن بُعد ، فستتمكن من طباعة جهاز تحكم عن بعد جديد.

أيضًا ، تكتسب الطباعة ثلاثية الأبعاد موطئ قدم في الفضاء الخارجي. تقوم ناسا بتجربة الطابعات ثلاثية الأبعاد على متن محطة الفضاء الدولية. في النهاية ، يمكن استخدام الطابعات ثلاثية الأبعاد لإنشاء موائل على المريخ وعوالم أخرى. لإنقاذ رواد فضاء Apollo 13 من موت اختناق أول أكسيد الكربون ، كان على وكالة ناسا في الواقع إيجاد طريقة لتناسب ربط مربّع في حفرة مستديرة. لو كانت هناك طابعة ثلاثية الأبعاد على اللوحة ، فقد يكونوا قادرين على حل المشكلة بسهولة عن طريق تصميم موصل وطباعته.

لا يمكن لرائد الفضاء أن يتأرجحوا بواسطة Home Depot إذا كانوا بحاجة إلى استبدال صمام أو عنصر واجهة مستخدم ، لكن طابعة ثلاثية الأبعاد يمكن أن تصنع واحدة حسب الحاجة. وبالمثل ، سنرى الطابعات ثلاثية الأبعاد في قواعد أنتاركتيكا وغيرها من المواقع الأرضية النائية ، حيث لا يمكن للناس الانتظار لمدة ستة أشهر لإعادة التزويد التالية ليحلوا محل الأجزاء أو الأدوات الأساسية.

لا تتوقف التطبيقات الطبية للطباعة ثلاثية الأبعاد عن طريق الأطراف الاصطناعية وأدوات السمع وتيجان الأسنان. (راجع "ما الذي يمكن أن تصنعه الطابعات ثلاثية الأبعاد؟" أعلاه للحصول على معاينة لما هو موجود في الأعمال.) لا يلزم تقييد الأجزاء البديلة بالميكانيكية.

في السنوات القليلة الماضية ، شهدنا انفجارًا في مجموعة متنوعة من الطابعات ثلاثية الأبعاد واستخداماتها. إنه مشابه لموقع الحوسبة الشخصية في حوالي عام 1980. على الرغم من أنه من السهل بما فيه الكفاية رؤية بعض المناطق التي سيتحول إليها مجال الطباعة ثلاثية الأبعاد ، إلا أن البعض الآخر يفوق قدرتنا على التنبؤ ، مثلما لم يتخيل أحد في عام 1980 الكثير مما سيتحول الكمبيوتر الشخصي إلى. من المحتمل أن الطباعة ثلاثية الأبعاد قد لا يكون لها نفس تأثير جهاز الكمبيوتر ، ولكن لديها القدرة على إحداث ثورة في التصنيع ، وربما الأهم من ذلك ، وضعه في أيدي المستهلكين العاديين. شيء واحد مؤكد ، رغم ذلك: الطباعة ثلاثية الأبعاد موجودة لتبقى.

لمعرفة المزيد ، راجع دليلنا إلى أفضل 10 طابعات ثلاثية الأبعاد ، وبعض الأفكار المتعمقة من متبرع مبكر.