شرح الطباعة ثلاثية الأبعاد 3D printing

كيف تعمل ؟ وكيف يمكن استخدامها؟

كتب : عمر علي

---

نعيش اليوم  في عالم سريع التطور، وكل يوم نكتشف المزيد من الاكتشافات الجديدة، أو التطورات الضخمة ومن أهم التقنيات الحالية، الطباعة ثلاثية الأبعاد واحدة من أهم التقنيات الموجودة، لأنها ستشكل جزءا كبيرا من مستقبلنا وستغير العديد من المفاهيم في حياتنا، مثل العديد من التقنيات الموجدة حاليًا، كتقنية البلوك تشين، التي تحدثنا عنها من قبل

وذكرنا أنها تساعدنا هذه التقنية في التخلص من الكثير من الإجراءات الروتينية والادخار الكثير من الوقت، والجهد، أنصحك بقرائتها بعد الأنتهاء من هذا الدرس، والآن عزيزي القارئ في مقالة اليوم، سنناقش معا تقنية أخرى، الطباعة ثلاثية الأبعاد، وسنتعرف على تاريخها  وأنواعها ومزاياها وكيف تعمل هذه التقنية الجبارة.

انضم لكوكب المعرفة  

نبذة عن الطباعة ثلاثية الأبعاد 3D printing

إنها عبارة عن عملية صنع الأشياء وبنائها من خلال تقنية معقدة تسمى التصنيع الإضافي، والتي تعتبر عكس التصميم الطرحي، مثل النحت أو التشكيل، حيث تعتمد هذه على مفهوم “التفريغ” على سبيل المثال، إذا أردنا نحت شيئا من جذع شجرة، سنزيل حوالي %50 إلى %90 من جذع الشجرة للحصول على التصميم النهائي الذي أردناه، والذي يختلف في الطباعة ثلاثية الأبعاد.

تتم العملية باستخدام طابعة مخصصة، تتلقى هذه الطابعات ملفًا يحتوي على جميع المعلومات الضرورية التي تحتاجها الآلة لإنشاء تصميم معين، وكذلك المواد الخام التي يتم التصنيع منها، والتي قد تكون بلاستيكية أو مطاطية أو حتى معدنية، ثم تبدأ الآلة في بناء النموذج طبقة تلو الأخرى، باستخدام تقنيات معينة، والتي تختلف وفقًا لنوع الطابعة المستخدمة، وتنتج في النهاية نموذجا واقعيا لتصميم.

في الواقع، فكرة هذه التقنية ليست فكرة حديثة، مفهوم الطباعة ثلاثية الأبعاد الأول الذي اقترحه الكيميائي البريطاني “ديفيد جونز” في السبعينيات، ثم جاء الأمريكي “تشارلز هال”، وحصل على أول براءة اختراع لعملية الطباعة الآلية للكمبيوتر، شكلت هذه الاختراعات الثلاثة مفهوم الطباعة ثلاثية الأبعاد كما نعرفها اليوم.

كيفة عمل الطباعة ثلاثية الأبعاد 3D printing

على الرغم من وجود العديد من أنواع الطباعات، إلا أنها تشارك بشكل عام الخطوات التي تتم قبل اكتمال عملية تصنيع النموذج المطلوب، ويمكن أن تختلف في بعض الإشياء مثل التكلفة أو الوقت، فيما يلي سنتحدث عن خطوات عمل الطباعة ثلاثية الأبعاد:

1- تصميم النموزج

 الخطوة الأولى هي رسم أو تصميم النموذج ثلاثي الأبعاد الذي نريد تحقيقه، ويمكن القيام بذلك عن طريق أحد برامج التصميم ثلاثي الأبعاد مثل AutoCAD أو 3D MAX أو برامج أخرى، يمكنك أيضا تنزيل تصميمات ثلاثية الأبعاد جاهزة للطباعة من بعض مواقع تنزيل التصميمات ثلاثية الأبعاد مثل Free 3D.

2- تحويل التصميم لصيغة STL

بعد الانتهاء من تصميم النموذج، يجب الآن حفظ الملف بتنسيق STL وهو اختصار لـ Standard Tessellation Language أو Standard Mosaic Language، إذا لم يكن بهذا التنسيق، فيجب تحويله حتى نتمكن من إكمال عملية الطباعة، يجب أيضا فحص الملف بحثا عن “إصلاحات” لتصحيح أي أخطاء قد تكون موجودة في التصميم النهائي.

3- تحويل التصميم لكود مفهوم G-Code

يجب بعد ذلك تحويل هذا الملف إلى ملف أوامر G-Code، والذي يتضمن جميع الأوامر التي يمكن للطابعة فهمها وتنفيذها، ويتضمن درجة الحرارة التي ستؤدي إلى ذوبان المادة الخام، ونموذج عدد الطبقات التي سيتم صهرها، وحجم المواد الخام التي سيتم استهلاكها، والعدد المطلوب من النماذج والأصناف الأخرى. هذا الملف متاح من خلال برامج مثل Slic3r و Cura.

4- تجهيز وإعداد الطابعة

في هذه الخطوة، بالإضافة إلى ملف أوامر G-code الذي يحتوي على جميع تفاصيل التصميم، تتم إضافة جميع أدوات المواد الخام التي تحتاجها الطابعة ، وعادةً ما تكون مكبات مصنوعة من البلاستيك.

5- ترك الآلة لتقوم بالطباعة

بمجرد أن يصبح الجهاز جاهزا، ستسمح له ببدء عملية الطباعة حسب الحاجة، بالطبع سيختلف الوقت الذي تستغرقه هذه العملية اعتمادًا على الجهاز نفسه، والنموذج الذي تحاول تصميمه، حيث تبدأ الآلات في طباعة الطبقات وتثبيتها فوق بعضها البعض حتى يتم بناء النموذج المطلوب.

أنواع الطباعة ثلاثية الأبعاد 3D printing

يتم استخدام حوالي 9 تقنيات مختلفة في هذا المجال، بالطبع تختلف كل تقنية من حيث آلية الطباعة والمواد الخام التي يمكن استخدامها ونوع النموذج الذي سيتم بناؤه، لكن الأنواع التالية هي أكثر التقنيات شيوعًا واستخداما في هذا المجال.

1- الطباعة عبر البلمرة الضوئية Photopolymerization

في هذا النوع، تُطبع الطبقات من خلال عملية الصهر والتجميد، تذوب المادة الخام حتى تتمكن الآلة من تشكيلها، ثم تتعرض المادة المشكلة لأشعة الليزر فوق البنفسجية حيث تغير هذه الأشعة الحالة السائلة للبلاستيك إلى مادة صلبة الحالة، وما إلى ذلك، حتى يكتمل النمط المطلوب.

2- الطباعة المباشرة Direct 3-D Printing

يعتمد هذا النوع على تقنية الطباعة النافثة للحبر، ويستخدم أيضا للطباعة ثنائية الأبعا، حيث يتم تحريك فوهات الطابعة للأمام وللخلف ولأعلى ولأسفل لإنشاء طبقات عن طريق نفث المواد الخام، ثم هناك مادة لاصقة تستخدم للالتصاق بالطبقات معا من أجل زيادة قوتها وصلابة.

3- الطباعة عبر تجميع الجزيئات Selective Laser Sintering

في هذا النوع، يتم الاعتماد على مسحوق البلاستيك لإذابة المادة الخام وإذابة جزيئاتها، والتي يتم وضعها بعد ذلك في شكل محدد مشابه لصب المادة المنصهرة في قالب يتم تشكيله وفقًا لهذا القالب، وهو نفسه المستخدم في صنع أجسام معدنية يتم بواسطتها إذابة الأجسام المعدنية وإعادة تشكيلها وفقًا لقوالب محددة مسبقة التصميم.

مميزات الطباعة ثلاثية الأبعاد 3D printing

سنتحدث في هذا الجزء عن أبرز المميزات الموجودة في هذه التقنية وهي مايلي:

• تتميز التكنولوجيا بتوفير كبير للوقت والقوى العاملة.
• يمكن استخدامها لإنشاء نماذج تصميم معقدة وصعبة.
•  يمكن من خلالها بناء منزل بتكلفة أقل بكثير من المنزل التقليدي.
• توفر الكثير من المواد الخام المهدرة في طرق التصميم الأخرى مثل النقش.
• تستخدم الطباعة ثلاثية الأبعاد في العديد من المجالات المهمة مثل الطب والهندسة والطيران.
• تنوع وتوافر المواد الخام المتاحة لعملية الطباعة.
• يمكن لأي شخص طباعة أي شيء يريده بتفاصيل ومواصفات دقيقة.

سلبيات الطباعة ثلاثية الأبعاد 3D printing

• الطابعات تستغرق وقتًا طويلا لصنع الأشكال قد يطول الأمر لأيام أن كان المجسم كبير الحجم مقارنة بتقنيات التصنيع الأخرى.
• تستهلك الطباعة قدرا كبيرا من الطاقة، ويمكن أن يكون استهلاكها أعلى بنسبة 50٪ من التقنيات الأخرى.
• على الرغم من وجود العديد من المواد التي يمكن استخدامها للطباعة ثلاثية الأبعاد، إلا أن هناك أيضا العديد من المواد التي تتطلب ظروف تصنيع معينة لا توفرها الطباعة ثلاثية الأبعاد حاليًا.

كتب مهمة حول الطباعة ثلاثية الأبعاد 3D printing

1- كتاب كيف تعمل الطباعة ثلاثية الأبعاد

2- كتاب تعلم استخدام الطباعة ثلاثية الأبعاد

كتاب رائع يساعدك في تعلم هذه التقنية بشكل سلس وبيسط بالإضافة أيضا لبعض المعلومات المهمة.

الخلاصة

تعد الطباعة ثلاثية الأبعاد ثورة حقيقية وتقنية مهمة للابتكار، حيث توسعت في العديد من المجالات العملية، بما في ذلك الطب والهندسة المعمارية والتعليم، ولم يعد استخدامها مقصورا على المتخصصين فقط، بل أصبح الجميع يستخدمها لأنها سهلة الاستخدام والتعامل معها مثل طابعة الورق المعروفة.

تحدثنا في هذا المقال عن كل ما يخص الطباعة ثلاثية الأبعاد، وذكرنا طريقة عملها والأنواع الموجودة منها، بالإضافة إلي المميزات والسلبيات الخاصة بها.

انضم لكوكب المعرفة  

علوم الروبوتات: مستقبل التكنولوجيا والتغيير العالمي

في عصر التكنولوجيا المتسارعة، تبرز علوم الروبوتات كواحدة من أكثر المجالات إثارة وتأثير على حياتنا اليومية، بداية من الجراحات الدقيقة التي تجرى بواسطة الروبوتات،  وصولا إلى السيارات الذاتية القيادة، وصولا إلى الروبوتات التي تستكشف الفضاء وتغوص في أعماق المحيطات.

إقرأ الموضوع كاملا

مستقبل التعليم في عصر التكنولوجيا:كيف تعيد التكنولوجيا تشكيل فصولنا الدراسية

مستقبل التعليم في عصر التكنولوجيا هو إعادة تشكيل الواقع بأدوات الغد حيث الفصول الدراسية تتجاوز جدرانها الأربعة لتصبح عالم مفتوح من الإمكانيات، والمعلمون يتحولون إلى مرشدين في رحلة البحث عن المعنى والابتكار يعيش فيها الطلاب مغامرات تغوص في أعماق العلم والمعرفة.

إقرأ الموضوع كاملا

التكنولوجيا وفريضة الحج: كيف تستفيد من التكنلوجيا أثناء الحج

في عصرنا الرقمي المتسارع، لم تعد التكنولوجيا مجرد أداة للراحة والترفيه، بل أصبحت شريك أساسي في أداء العبادات والفرائض الدينية، وهنا تأتي العلاقة بين التكنولوجيا وفريضة الحج.

إقرأ الموضوع كاملا