كيف تعمل الطابعات ثلاثية الأبعاد
كيف تعمل الطابعات ثلاثية الأبعاد
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
مقدمة
تخيل أنك قد قررت تنظيم خزانتك، ولكن بدلا من قياس الأبعاد في متجر للتأكد من أنها سوف تلائمك، فقط عليك أن تذهب إلى مكتبك ، وأدخل القياسات التي تريدها للمكتبة الخاصة بك لتتم طباعتها هناك. الآن تخيل أن لديك هدف لبناء نموذجا مصغرا من معركة الحرب الأهلية الشهيرة لمشروع في المدرسة، فإنك ستستخدام تلك الطابعة نفسها لبناء جميع الجنود والمدافع والأشجار بالتفصيل المفعم بالكمال.
قد تكون هذه التقنية أقرب مما كنت تعتقد بفضل الطباعة ثلاثية الأبعاد . الأبعاد الثلاثة تجعل من الطباعة أسهل وأسرع لإنتاج كائنات معقدة متعددة مع الأجزاء المتحركة والتصميم المعقد، وسرعان ما سوف تكون في متناولك بما فيه الكفاية في المنزل.
التصنيع المضاف (AM) هو عائلة تكنولوجيا للتصنيع التي تشمل الطباعة 3-D . هو وسيلة لخلق كائن عن طريق إضافة مواد إلى طبقة بعد طبقة للشىء المراد إنشاؤه. AM هو المصطلح الحالي التي وضعتها جمعية ASTM الدولية (سابقا الجمعية الأمريكية للاختبارات والمواد) [المصدر: جيبسون، وآخرون.]. وطوال تاريخها، فقد عرفت تقنية التصنيع المضاف في العام بأسماء مختلفة:مثل الطباعة المجسمة ،والطبقات 3-D والطباعة 3-D. هذه المقالة تستخدم الطباعة 3-D لأنه يبدو أنه المصطلح الأكثر شيوعا الذى يستخدم لوصف منتجات AM.
يمكنك ان ترى بعض المبادئ الأساسية وراء AM في الكهوف ؛ على مدى آلاف السنين، فإن قطرات الماء المتساقطة تخلق طبقات وطبقات من الرواسب المعدنية، والتي تتراكم لتشكل الصواعد والهوابط. وعلى عكس هذه التكوينات الطبيعية، فإن الطباعة 3-D هى أسرع بكثير وتتبع خطة محددة سلفا تقدمها برامج الكمبيوتر. الكمبيوتر يوجه الطابعة 3-D لإضافة كل طبقة جديدة كمقطع عرضى دقيق للكائن النهائي.
التصنيع المضاف (AM) التحويلي والطباعة 3-D على وجه التحديد، ماتزالان في طور النمو. التكنولوجيا التي بدأت كوسيلة لبناء نماذج سريعة الآن تعتبر وسيلة لخلق منتجات للصناعات الطبية، وطب الأسنان، وعلم الفضاء والسيارات. الطباعة 3-D هو عبور أيضا لتصنيع الأثاث وصناعة ألعاب الأطفال وفى الفن والموضة.
تركز هذه المقالة على نطاق واسع على الطباعة 3-D وحول تاريخها والتقنيات لمجموعة واسعة من الاستخدامات ، بما في ذلك الطباعة 3-D الخاصة بك للنماذج في المنزل. أولا، دعونا نلقي نظرة على كيفية عمل الطباعة 3-D من بدايتها وكيف تتطور اليوم.
تاريخ الطباعة ثلاثية الأبعاد
كان أول استخدام لتصنيع النماذج الأولية additive manufacturing في (RP) rapid prototyping في وقت مبكر من 1980 و 1990 .تلك النماذج تسمح للمصنعين فرصة دراسة تصميم الكائن على نحو أوثق واختبار حتى قبل إنتاج المنتج النهائي. يسمح RP للمصنعين لإنتاج تلك النماذج أسرع بكثير من ذي قبل، في كثير من الأحيان في غضون أيام أو ساعات أحيانا من تصور التصميم. في RP، المصممين يخلقون نماذج باستخدام التصميم بمساعدة الكمبيوتر (CAD) والبرمجيات، ثم بعد ذلك تتبع الآلة هذا النموذج لتحديد كيفية بناء الكائن. أصبحت عملية بناء هذا الكائن من قبل الآلة "الطابعة" في المقاطع العرضية طبقة بعد طبقة المعروفة باسم الطباعة 3-D.
حدث أقرب تطوير لتقنيات الطباعة 3-D في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT) في شركة تسمى نظم 3D. في 1990 في وقت مبكر ، وضعت MIT تطوير ذلك مع اسم العلامة التجارية الطباعة 3-D ، التي يختصر رسميا باسم 3DP. اعتبارا من شهر فبراير 2011، منحت MIT تراخيص لست شركات لاستخدام وتعزيز عملية 3DP في منتجاتها [المصدر: معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا].
نظم 3D، ومقرها في روك هيل، SC،كانت رائدة وتستخدم مجموعة متنوعة من أساليب الطباعة 3-D منذ تأسيسها في عام 1986. فقد وضعت علامات تجارية لبعض من تقنياتها، مثل جهاز ستيريوليثوجرافى (SLA) والتصليد الحرارى الإنتقائى بإستخدام الليزر (SLS)، كل قد تم وصفه لاحقا في هذه المقالة. بينما ظلت MIT ونظم 3D روادا في مجال الطباعة 3-D ،ولكن شركات أخرى مثل شركة Z، Objet Geometries و Stratasys جلبت أيضا منتجات جديدة ومبتكرة في السوق، حيث أسهمت في بناء هذه التقنيات AM.
اليوم ، الآن بعض من نفس تقنيات الطباعة 3-D التي ساهمت في RP يجري استخدامها لإنشاء المنتجات النهائية [المصدر: مجلة الإيكونوميست].
التكنولوجيا آخذة في التحسن بطرق مختلفة، من صفاء التفاصيل آلة يمكنها الطباعة في غضون مقدار الوقت المطلوب و للتنظيف وإنهاء الكائن عند إتمام الطباعة.
العمليات تزداد سرعة ، والمواد والمعدات يتم الحصول علىها أرخص، ويتم استخدام المزيد من المواد، بما في ذلك المعادن والسيراميك. آلات الطباعة تتراوح الآن من حجم سيارة صغيرة لحجم فرن الميكروويف. الطباعة 3-D وغيرها من أشكال AM لا تزال لاعبين جدد في مجال التصنيع. غالبا ما تقارن التصنيع المضافة، أو عن طريق الخطأ بعملية التصنيع المشترك للرقابة العددية المراقبة بالكمبيوتر(CNC) وآخر بالقطع. ومع ذلك، هو مطروح CNC، والتي هي عكس AM. في التصنيع باستخدام الحاسب الآلي، تتم إزالة المواد من بعض كتلة القائمة من قبل حتى المنتج النهائي لا يزال، مثل الكثير من تمثال نحت من الحجر. الآن أن لديك بعض المعلومات الأساسية حول الحقل، دعونا استكشاف بعض تقنيات الطباعة 3-D.
الطباعة بيندر 3- D المباشرة
أسلوب واحد للطباعة 3-D هي الطباعة 3-D المباشرة. الطباعة المباشرة 3-D تستخدم تقنية نفث الحبر، والتي كانت متاحة للطباعة الثنائية الأبعاد منذ عام 1960 [المصدر: جيبسون، وآخرون].
كما هو الحال في الطابعة النافثة للحبر 2- D، فإن الفوهات في طابعة 3-D تتحرك جيئة وذهابا تبث السوائل. خلافا للطباعة 2-D، على الرغم من أن الفتحات أو سطح الطباعة تتحرك صعودا وهبوطا حتى أن طبقات متعددة من المواد يمكن وضعها على سطح واحد. وعلاوة على ذلك، فإن هذه الطابعات لا تستخدم الحبر، بل تستخدم شموعا سميكة وبوليمرات بلاستيكية، والتي تتصلب لتشكيل كل مقطع جديد عبر قسم من الكائن 3-D .
كان سريعا النماذج (RP)، والتي وصفناها سابقا في هذه المادة، عاملا رئيسيا في نمو الطباعة المباشرة 3-D. في عام 1994، وModelMaker، جهاز تنتجه شركة تعرف باسم Solidscape، أصبحت أول تقنية ناجحة تجاريا لتطبيق نهج النافثة للحبر لRP [المصدر: جيبسون، وآخرون]. تابعوا المنتجات التجارية الأخرى RP، وجميع من لهم استخدام مركبات شمعية. على سبيل المثال، اليوم المنتجات المتطورة النماذج الأولية السريعة تستخدم تقنيات متعددة مثل طائرة النمذجة (MJM)، مما يخلق نماذج الشمع بسرعة مع عشرات من فوهات تعمل في وقت واحد [المصدر: GWP].
كانت النمذجة السريعة (RP)، والتي وصفناها سابقا في هذه المقالة عاملا رئيسيا في نمو الطباعة المباشرة الطباعة 3-D. في عام 1994، أعتبرت ModelMaker ،أول جهاز تنتجه شركة تعرف باسم Solidscape ، أصبحت أول تقنية ناجحة تجاريا لتطبيق نهج النافثة للحبر لRP [المصدر: جيبسون، وآخرون].
وتتابعت المنتجات RP التجارية الأخرى وجميعهم يستخدمون مركبات شمعية. على سبيل المثال، اليوم المنتجات المتطورة النماذج الأولية السريعة تستخدم تقنيات متعددة مثل مالتى جيت موديللنج (MJM)، مما يخلق نماذج الشمع بسرعة مع عشرات من الفوهات تعمل في وقت واحد [المصدر: GWP].
الطباعة بيندر 3-D ، مثل الطباعة المباشرة 3-D، تستخدم فتحات الحبر لنفث السائل وتشكل كل طبقة جديدة. على عكس الطباعة المباشرة، فإن الطباعة بيندر 3-D تستخدم اثنتين من المواد المنفصلة التي تأتي معا لتشكيل كل طبقة مطبوعة: مسحوق ناعم جاف بالإضافة إلى الصمغ السائل ، أو البيندر [المصدر: جيبسون، وآخرون.]. الطابعات بيندر 3-D تجعل المرور مرتين لتشكيل كل طبقة. مرور الأول تطلق طلاء رقيقا من مسحوق، ومرور الثاني يستخدم الفتحات لتطبيق البيندر أو اللاصق. منصة التشغيل من ثم تنخفض قليلا لاستيعاب طبقة جديدة من المسحوق، والانتهاء من العملية برمتها تتكرر حتى ينتهى النموذج.
عملية معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا 3DP ، كما ذكر في وقت سابق ، تستخدم هذا الأسلوب للمادة اللاصقة (البيندر).
MIT تعطى تراخيص للشركات في سبيل تطوير المنتجات التي تستخدم 3DP ، ولكن التأهل لذلك ، يجب على الشركة استخدام بعض من النماذج الفريدة من مساحيق المواد والمادة اللاصقة.
الطباعة بيندر 3-D لديها عدد قليل من المزايا أكثر من الطباعة المباشرة 3-D . أولا، تميل إلى أن تكون أسرع من الطباعة المباشرة لأنه يتم إستخدام المواد أقل من خلال الفتحات. وهناك ميزة أخرى هي أنه يمكنك دمج مجموعة متنوعة من المواد في هذه العملية، بما في ذلك المعادن والسيراميك، وكذلك اللون.