التصنيع المضاف

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

 Additive processes

Rapid prototyping worldwide

The Audi RSQ was made with rapid prototyping industrial KUKA robots

عدة عمليات للطباعة 3D المختلفة قد اخترعت منذ أواخر السبعينات. كانت الطابعات كبيرة أصلا، ومكلفة، ومحدودة للغاية في ما يمكن أن تنتجه.

وهناك عدد من العمليات المضافة متاحة الآن. وهي تختلف في الطريقة التي يتم إيداعها طبقات لخلق قطع الغيار والمواد في التي يمكن استخدامها. بعض وسائل تذوب أو تليين المواد لإنتاج الطبقات، على سبيل المثال تلبد الليزر الانتقائي (SLS) و نمذجة الترسب المنصهر (FDM)، في حين أن آخرين يهتمون بالمواد السائلة المختلفة باستخدام التقنيات المتطورة، على سبيل المثال المجسمة (SLA). مع تصنيع الكائن مغلفة (لومي)، يتم قطع طبقات رقيقة لشكل وانضمت معا (مثل الورق، والبوليمر، المعادن). كل أسلوب له مزاياه الخاصة والعيوب، وبالتالي بعض الشركات تقدم خيارات بين مسحوق والبوليمر بالنسبة للمواد التي يتم بناء الكائن منها. بعض الشركات تستخدم ، ورقة عمل قياسية قبالة الجاهزة للاستخدام مثل بناء المواد لإنتاج نموذج أولي دائمة. الاعتبارات الرئيسية في اختيار آلة عموما هي السرعة، والتكلفة للطابعة 3D، وتكلفة النموذج الأولي المطبوعة، وتكلفة واختيار المواد والقدرات واللون.

الطابعات التي تعمل مباشرة مع معادن غالية الثمن. في بعض الحالات، ومع ذلك، يمكن استخدام الطابعات أقل تكلفة لجعل العفن، والذي يستخدم بعد ذلك لجعل الأجزاء المعدنية. .

Type	Technologies	Materials
Extrusion	Fused deposition modeling (FDM)	Thermoplastics (e.g. PLA, ABS), HDPE, eutectic metals, edible materials
Wire	Electron Beam Freeform Fabrication (EBF3)	Almost any metal alloy
Granular	Direct metal laser sintering (DMLS)	Almost any metal alloy
	Electron beam melting (EBM)	Titanium alloys
	Selective heat sintering (SHS)	Thermoplastic powder
	Selective laser sintering (SLS)	Thermoplastics, metal powders, ceramic powders
	Powder bed and inkjet head 3d printing, Plaster-based 3D printing (PP)	Plaster
Laminated	Laminated object manufacturing (LOM)	Paper, metal foil, plastic film
Light polymerised	Stereolithography (SLA)	photopolymer
	Digital Light Processing (DLP)	photopolymer

 ترسب البثق

ترسب النمذجة المنصهرة: 1 - فوهة إخراج البلاستيك المنصهر، 2 - فوهة إخراج البلاستيك المنصهر (الجزء غرار)، 3 - الجدول المنقولة الخاضعة للرقابة

المقالة الرئيسية: النمذجة بالترسيب المنصهر

نمذجة الترسب المنصهرة (FDM) قد وضعت من خلال إس. سكوت كرمب في أواخر الثمانينات، وعرفت تجاريا في عام 1990 من قبل ستراتاسيس. With the expiration of براءة اختراع على هذه التكنولوجيا هناك الآن مجتمع التنمية المفتوحة المصدر الكبيرة هذا النوع من الطابعة 3-D (مثل RepRaps) والعديد من العلامات التجارية و DIY المتغيرات، الذي التى أدت إلى خفض التكلفة من قبل اثنين من أوامر الحجم.

نمذجة الترسب المنصهرة تستخدم خيوط البلاستيك أو الأسلاك المعدنية التي تلتف على لفائف وunreeled لتوريد المواد إلى فوهة قذف ، الأمر الذي يجعل التدفق يعمل ويتوقف حسب الضرورة. يتم تسخين الفوهة مع ارتفاع درجات الحرارة لإذابة المواد ويمكن تحريكها في كلا الاتجاهين الأفقي والرأسي من خلال آلية للرقابة عدديا التي يتم التحكم بها مباشرة من قبل حزمة برامج التصنيع بمساعدة الكمبيوتر (CAM) . ويتم إنتاج النموذج أو جزئيا عن طريق البثق حبات صغيرة من لدن المواد لتشكيل الطبقات كمادة تتصلب على الفور بعد قذف من فوهة. السائر المحركات أو هيدروليك المحركات يعملون عادة للتحرك رأس القذف أو الرأس القاذفة.وتستخدم البوليمرات المختلفة، بما في ذلك الأكريلونيتريل الستايرين (ABS)، البولي (PC)، عديد حمض اللبنيك (بولى أسيتك أسيد)، البولي إيثيلين عالي الكثافة (HDPE)، وأجهزة الكمبيوتر / ABS، و polyphenylsulfone (PPSU). في العام البوليمر هو في شكل خيوط، والتي يمكن أن تكون ملفقة من خام راتنجات أو من النفايات بعد الاستهلاك من قبل recyclebots. وتستخدم البوليمرات المختلفة، بما في ذلك الأكريلونيتريل الستايرين (ABS)، البولي (PC)، عديد حمض اللبنيك (بولى أسيتك أسيد)، البولي إيثيلين عالي الكثافة (HDPE)، وأجهزة الكمبيوتر / ABS، و polyphenylsulfone (PPSU). وعموما فالبوليمر هو في شكل خيوط، والتي يمكن أن تكون ملفقة من راتنجات خام أو من النفايات بعد الاستهلاك من قبل recyclebots.

 Granular materials binding

The CandyFab granular printing system uses heated air and granulated sugar to produce food-grade art objects.

Another 3D printing approach is the selective fusing of materials in a granular bed. The technique fuses parts of the layer, and then moves the working area downwards, adding another layer of granules and repeating the process until the piece has built up. This process uses the unfused media to support overhangs and thin walls in the part being produced, which reduces the need for temporary auxiliary supports for the piece. A laser is typically used to sinter the media into a solid. Examples include selective laser sintering (SLS), with both metals and polymers (e.g. PA, PA-GF, Rigid GF, PEEK, PS, Alumide, Carbonmide, elastomers), and direct metal laser sintering (DMLS).

Selective Laser Sintering (SLS) was developed and patented by Dr. Carl Deckard and Dr. Joseph Beaman at the University of Texas at Austin in the mid-1980s, under sponsorship of DARPA. A similar process was patented without being commercialized by R. F. Housholder in 1979.

Electron beam melting (EBM) is a similar type of additive manufacturing technology for metal parts (e.g. titanium alloys). EBM manufactures parts by melting metal powder layer by layer with an electron beam in a high vacuum. Unlike metal sintering techniques that operate below melting point, EBM parts are fully dense, void-free, and very strong.

Another method consists of an inkjet 3D printing system. The printer creates the model one layer at a time by spreading a layer of powder (plaster, or resins) and printing a binder in the cross-section of the part using an inkjet-like process. This is repeated until every layer has been printed. This technology allows the printing of full color prototypes, overhangs, and elastomer parts. The strength of bonded powder prints can be enhanced with wax or thermoset polymer impregnation.

 Lamination

المقالة الرئيسية: Laminated object manufacturing

In some printers, paper can be used as the build material, resulting in a lower cost to print. During the 1990s some companies marketed printers that cut cross sections out of special adhesive coated paper using a carbon dioxide laser, and then laminated them together.

In 2005, Mcor Technologies Ltd developed a different process using ordinary sheets of office paper, a Tungsten carbide blade to cut the shape, and selective deposition of adhesive and pressure to bond the prototype.

There are also a number of companies selling printers that print laminated objects using thin plastic and metal sheets.

 Photopolymerization

Stereolithography apparatus

المقالة الرئيسية: Stereolithography

Stereolithography was patented in 1987 by Chuck Hull. Photopolymerization is primarily used in stereolithography (STL) to produce a solid part from a liquid.This process dramatically redefined previous efforts, from Willème`s Photosculpture in 1860 through Matsubara of Mitsubishi`s photopolymer process of 1974.

In digital light processing (DLP), a vat of liquid polymer is exposed to light from a DLP projector under safelight conditions. The exposed liquid polymer hardens. The build plate then moves down in small increments and the liquid polymer is again exposed to light. The process repeats until the model has been built. The liquid polymer is then drained from the vat, leaving the solid model. The EnvisionTec Ultra is an example of a DLP rapid prototyping system.

Inkjet printer systems like the Objet PolyJet system spray photopolymer materials onto a build tray in ultra-thin layers (between 16 and 30 microns) until the part is completed. Each photopolymer layer is cured with UV light after it is jetted, producing fully cured models that can be handled and used immediately, without post-curing. The gel-like support material, which is designed to support complicated geometries, is removed by hand and water jetting. It is also suitable for elastomers.

Ultra-small features can be made with the 3D microfabrication technique used in multiphoton photopolymerization. This approach traces the desired 3D object in a block of gel using a focused laser. Due to the nonlinear nature of photoexcitation, the gel is cured to a solid only in the places where the laser was focused and the remaining gel is then washed away. Feature sizes of under 100 nm are easily produced, as well as complex structures with moving and interlocked parts.

Yet another approach uses a synthetic resin that is solidified using LEDs.

 Printers

 Printers for domestic use

RepRap version 2.0 (Mendel)

MakerBot Cupcake CNC

Airwolf 3D AW3D v.4 (Prusa)

There are several projects and companies making efforts to develop affordable 3D printers for home desktop use. Much of this work has been driven by and targeted at DIY/enthusiast/early adopter communities, with additional ties to the academic and hacker communities.

RepRap is one of the longest running projects in the desktop category. The RepRap project aims to produce a free and open source software (FOSS) 3D printer, whose full specifications are released under the GNU General Public License, and which is capable of replicating itself by printing many of its own (plastic) parts to create more machines. Research is under way to enable the device to print circuit boards, as well as metal parts.

Because of the FOSS aims of RepRap, many related projects have used their design for inspiration, creating an ecosystem of related or derivative 3D printers, most of which are also open source designs. The availability of these open source designs means that variants of 3D printers are easy to invent. The quality and complexity of printer designs, however, as well as the quality of kit or finished products, varies greatly from project to project. This rapid development of open source 3D printers is gaining interest in many spheres as it enables hyper-customization and the use of public domain designs to fabricate open source appropriate technology through conduits such as Thingiverse and Cubify. This technology can also assist initiatives in sustainable development since technologies are easily and economically made from resources available to local communities.

اختراق قامت جنرال إليكتريك GE باستخدام الطباعة 3-D لإنتاج مفتاح الجزء المعدني لمحركاتها النفاثة الجديدة.

جنرال الكتريك قد قررت جعل الخروج جذريا عن الطريقة التي قد صنعت تقليديا الأشياء. شعبة الطيران لديها، وهى أكبر مورد في العالم لمحركات الطائرات النفاثة، تستعد لإنتاج فوهة الوقود لمحركات الطائرات الجديدة عن طريق طباعة الجزء بواسطة أشعة الليزر بدلا من صب المعادن واللحام. هذه التقنية، المعروفة باسم التصنيع المضاف (لأنه يتم بناء الجزء عن طريق إضافة طبقات من المواد واحدة تلو الأخرى)، يمكن أن تحول GE التصاميم، وتجعل العديد من الأجزاء المعقدة التي تدخل في كل شيء من توربينات الغاز إلى آلات الموجات فوق الصوتية .

التصنيع المضافة , وهو النسخة الصناعية للطباعة 3-D بالفعل تستخدم في صنع بعض البنود المتخصصة،: مثل الأقطاب الطبية المزروعة، وإنتاج النماذج الأولية من البلاستيك للمهندسين والمصممين. ولكن قرار إنتاج كميات حرجة كبيرة كجزء من سبيكة معدنية لاستخدامها في الآلاف من المحركات النفاثة يعد معلما هاما للتكنولوجيا. وبينما تلقت الطباعة 3-D الموجهة للمستهلكين وأصحاب المشاريع الصغيرة قدرا كبيرا من الدعاية ، هو في التصنيع حيث يمكن أن تكون لتلك التكنولوجيا أثرها التجاري الأكثر أهمية (انظر "الفرق بين صناع والمصنعين،" في يناير / فبراير 2013).

في الخريف الماضي، اشترت شركة جنرال الكتريك زوج من الشركات ذات الخبرة في التصنيع الآلي الدقيق للمعادن وثم دمجهما في عمليات التكنولوجيا GE للطيران. هذه المجموعة ليس لديها الكثير من الوقت لإثبات أن التكنولوجيا الجديدة يمكن أن تعمل على نطاق واسع. سوف CFM الدولية، مشروع مشترك GE مع سنيكما الفرنسية، لإستخدام فوهات 3-D- طبع في محركها النفاث LEAP، حيث تكون قيد التنفيذ الى الطائرات في أواخر عام 2015 أو أوائل 2016 (CFM تقول ان لديها بالفعل التزامات من 22 مليار دولار). وسوف تستخدم في كل محرك من 10 إلى 20 فوهة؛ GE يحتاج إلى جعل 25،000 من الفتحات سنويا في غضون ثلاث سنوات.

اختارت GE عملية التصنيع المضاف للفوهات لأنه يستخدم مواد أقل من التقنيات التقليدية. وهى تقلل من تكاليف GE للإنتاج ولأنه يجعل الأجزاء أخف ، والناتج كبير مع التوفير في الوقود لشركات الطيران. وتقنيات اللحام التقليدية تتطلب حوالي 20 قطعة صغيرة معا، وهي عملية كثيفة تتطلب الكثير من العمالة كما أن نسبة عالية من المواد يجري تفكيكها. بدلا من ذلك، سيتم بناء جزء من سرير من مسحوق الكوبالت والكروم. يتم إطلاق النار من شعاع ليزر موجه بالكمبيوتر , توجه نحو السرير لإذابة سبيكة معدنية في المناطق المرغوب فيها، وخلق طبقات سمكها 20 ميكرومتر واحدة تلو الآخرى.وهى عملية تعد وسيلة أسرع لصنع أشكال معقدة لأن الآلات يمكن تشغيلها على مدار الساعة. والتصنيع المضافة في العام تحافظ على المواد لأن الطابعة يمكنها التجاوز عن الأشكال التي لا لزوم لها والحصول على الجزء الأكبر دون أية نفايات .

بقية GE- معا يراقبون عن كثب- مع منافسيهم. GE للطاقة والمياه، الأمر الذي يجعل كبيرة من الغاز وتوربينات الرياح، وقد حددت بالفعل أجزاء يمكن أن تجعل بالفعل من ضمن عملية التصنيع المضاف ، وقد وضعت GE للرعاية الصحية طريقة لطباعة محولات الطاقة، و أجزاء السيراميك باهظة الثمن تستخدم في آلات الموجات فوق الصوتية. واضاف "انها حقا تعد تغييرا جذري في الطريقة التي نفكر بها الشركة،" يقول مارك ليتل، الرئيس التنفيذي للتكنولوجيا جنرال إلكتريك.

بالتقاطع مع مع تقنيات التصنيع التقليدية،: مثل صب وتشكيل المواد، وتعطي مصممي المنتجات في جنرال إليكتريك قدرا أكبر من المرونة. آلات التصنيع المضاف تعمل مباشرة من نموذج على الحاسوب، حتى يتمكن الناس من ابتكار أشكال جديدة تماما من دون اعتبار لقيود التصنيع القائمة. "يمكننا ان نجعل من التكوينات التي نحن فقط نرغبها قبل"، ويقول ليتل

مهندسو جنرال إليكتريك بدأوا في استكشاف كيفية استخدام التصنيع المضافة مع مجموعة واسعة من السبائك المعدنية، بما في ذلك بعض المواد المصممة خصيصا للطباعة ثلاثية الأبعاد. جنرال إليكتريك لمعدات الطيران، في أمر واحد، تتطلع لاستخدام التيتانيوم والألومنيوم، وسبائك النيكل والكروم. إن جزءا واحدا يمكن إستخدامه حيث يصنع من سبائك متعددة، والسماح للمصممين بإختيار الخصائص المادية بطريقة تعد غير ممكنه مع أسلوب الصب التقليدى. إن شفرة المحرك أو التوربينات، على سبيل المثال، يمكن أن تكون مصنوعة من مواد مختلفة تعرف أنها يتم جعل نهاية واحدة للقوة والأخرى لمقاومة الحرارة.

كل ذلك ما زال على الورق ، أو بالأحرى ، في تصاميم محوسبة من المنتج الهندسي . في الوقت الراهن، إن فوهة المحرك الخاصة بجنرال إليكتريك—هو جزء صغير للغاية بما يكفى أن تحتويه في كف يدك سيكون أول اختبار كبير سواء من التصنيع المضاف حيث يمكن أن يحدث ثورة في الطريقة التي يتم بها صنع المنتجات المعقدة عالية الأداء .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

 انظر أيضاً

• 3D modeling
• 3D scanner
• Additive Manufacturing File Format
• Cladding (metalworking)
• Mcor Technologies Ltd
• RepRap Project
• Fab lab
• Fab@Home
• List of common 3D test models
• List of emerging technologies
• Organ-on-a-chip
• Self-replicating machine
• Tissue engineering
• Milling (machining) -computer controlled machine production
• Numerical control - DIY machine production
• Replicator (Star Trek)

 Bibliography

• Vincent; Earls, Alan R. (2011). "Origins: A 3D Vision Spawns Stratasys, Inc. Today's Machining World's new feature "Origins" tells us the stories of how successful technologies, companies and people got their start. This month we interview a pioneer of rapid prototyping technology, Scott Crump, the founder and CEO of Stratasys Inc". Today's Machining World. Oak Forest, Illinois, USA: Screw Machine World Inc. 7 (1): 24–25. {{cite journal}}: Invalid |ref=harv (help); Unknown parameter |month= ignored (help)
• Albert, Mark [Editor in Chief] (2011-01-17). "Subtractive plus additive equals more than ( − + + = > ): subtractive and additive processes can be combined to develop innovative manufacturing methods that are superior to conventional methods ['Mark: My Word' column—Editor's Commentary]". Modern Machine Shop. Cincinnati, Ohio, USA: Gardner Publications Inc. 83 (9): 14. {{cite journal}}: |first= has generic name (help); Invalid |ref=harv (help); Unknown parameter |month= ignored (help)

 Further reading

• Easton, Thomas A. (2008). "The 3D Trainwreck: How 3D Printing Will Shake Up Manufacturing". Analog. 128 (11): 50–63. {{cite journal}}: Cite has empty unknown parameter: |day= (help); Invalid |ref=harv (help); Unknown parameter |month= ignored (help)
• Wright, Paul K. (2001). 21st Century Manufacturing. New Jersey: Prentice-Hall Inc.

 وصلات خارجية

• Rapid prototyping websites at the Open Directory Project
• Fabbers
• 3-D printing at MIT
• 3D Printing: The Printed World from The Economist
• Comparison chart of 3D printers
• How to Fabricate a Toy Model from Scratch
• Jay Leno's 3D Printer Replaces Rusty Old Parts
• Rapid Manufacturing for the production of Ceramic Components
• How does 3D printing work? (from physics.org)