الطباعة ثلاثية الأبعاد تعريف شامل

الطباعة ثلاثيّة الأبعاد هي إحدى تقنيات التصنيع حيث يتم تصنيع القطع عن طريق تقسيم التصاميم ثلاثية الأبعاد لها إلى طبقات صغيرة جدا باستخدام برامج الحاسوبية .

ومن ثم يتم تصنيعها باستخدام الطابعات ثلاثية الأبعاد عن طريق طباعة طبقة فوق الأخرى حتى يتكون الشكل النهائي .

 ويختلف هذا النظام عن نظامي القولبة والنحت اللذين يبددان أكثر من 90% من المادة المستخدمة في التصنيع ، والطابعات ثلاثية الأبعاد في العادة أسرع وأوفر وأسهل في الاستعمال من التكنولوجيات الأخرى للتصنيع.

إمكانيات الطباعة ثلاثية الأبعاد

تتيح الطابعات ثلاثية الأبعاد للمطورين القدرة على طباعة أجزاء متداخلة معقدة التركيب ، كما يمكن صناعة أجزاء من مواد مختلفة وبمواصفات ميكانيكية وفيزيائية مختلفة ثم تركيبها مع بعضها البعض .

التكنولوجيا المتقدمة للطباعة ثلاثية الأبعاد تنتج نماذج تشابه كثيراً منظر وملمس ووظيفة النموذج الأولي للمنتج .

في السنوات الأخيرة أصبح من الممكن مالياً تطبيق الطباعة ثلاثية الأبعاد على مستوى المشاريع الصغيرة و المتوسطة ، وبذلك انتقلت النمذجة من الصناعات الثقيلة إلى البيئة المكتبية ، وبأسعار تصل إلى 5,000 دولار للطابعة ثلاثية الأبعاد.

كما أنه يمكن تطبيقها الآن في نفس الوقت على مجموعات مختلفة من المواد .

وكذلك تقدم الطباعة ثلاثية الأبعاد عروضا هائلة لتطبيقات الإنتاج ، وتستخدم هذه التقنية في :

• المجوهرات
• الأحذية
• التصميم الصناعي
• العمارة
• الهندسة
• الانشاءات
• السيارات
• الطائرات
• طب الأسنان
• الصناعات الطبية

ارتبط مصطلح الطباعة في أذهان الكثيرين بالمنتجات ذات البعدين وبتقنيات الزخرفة سواء على الورق أو النسيج أو حتى طباعة الصور .

ولكن أن يرتبط مصطلح الطباعة باحدى طرق التشكيل فذلك لم يتعوده العاملون في مجال التصميم الصناعي .

وما زالت طريقة الطباعة ثلاثية الأبعاد تحت التطوير من قبل بعض الشركات العالمية وذلك بقصد الوصول إلى انتاج سريع ومرن لأجزاء النموذج الأول (prototype)

وكذلك الأجزاء النهائية للمنتج مباشرة من النموذج المصمم على الحاسب الآلي بمساعدة برنامج الأوتوكاد.

وهذه الطريقة لم يسبق لها مثيل في المرونة ، حيث يمكن انتاج أي جزء أو شكل هندسي وبعدة خامات مثل :

• الخزف
• المعادن
• البوليمرات

والعديد من المركبات الأخرى ، ولقد ابتكر إمانويل ساكس تقنية الطباعة الثلاثية الأبعاد عام 1993 .

وما زال تطويرها مستمرا حتى يومنا هذا .

مبدأ الطباعة ثلاثية الأبعاد

الخطوة الأولى لطباعة مجسم ثلاثي الأبعاد هو بناء النموذج ثلاثي الأبعاد أو ما يسمى ملف ” STL ” 

حيث يمكن الحصول عليه من الماسح الضوئي ثلاثي الأبعاد ، أو من خلال تصميمه بإحدى البرامج المخصصة لذلك مثل :

• 3D MAX 
• Google Sketchup
• Autocad

وبعد ذلك تأتي الخطوة الثانية وهي فحص الملف من الأخطاء في التصميم مثل عدم اتصال النقاط، حيث أن هذه الملفات بالعادة تحتوي العديد من هذه الأخطاء .

خاصة تلك النماذج المأخوذة من الماسح الضوئي ثلاثي الأبعاد ، وتسمى هذه العملية بعملية التصحيح .

ومن ثم في الخطوة الثالثة يتم إرسال النموذج المصحح إلى ما يسمى بالمقطع ” Slicer ” .

حيث يقوم هذا البرنامج بتقطيع النموذج إلى مجموعة كبيرة من الطبقات الرقيقة جدًا ” شرائح ” قد يتجاوز عددها ألف طبقة.

ويسمّى الملف الناتج من هذه العملية ملف ” G-Code “.

وهو يحتوي على مجموعة من التعليمات والأوامر التي تساعد الطابعة على إنجاز العمل بالكفاءة المطلوبة.

بعد ذلك يرسل الملف إلى الطابعة لتنفذه بناءً على التكنولوجيا المستخدمة في الطابعة ، وفي النهاية يدخل المجسم الناتج في عملية التنظيم والتنعيم لإزالة الحواف والأجزاء غير المرغوب بها .

تاريخ الطباعة الثلاثية الأبعاد

أبدى الكثير من العلماء اهتماما واضحا بالطّباعة ثلاثيّة الأبعاد منذ الستينيات ( 1960) من القرن الماضي مثل :

• كوداما هلّ
• كارل ديكارد

ولكن الظهور الأول لهذه التقنية كان في الثمانينات عندما حصل هلّ على أول براءة اختراع على طابعته التي تعمل بنظام ( SLA ) .

وتتالت بعدها الاختراعات والأبحاث ، وصدرت العديد من براءات الاختراع.

واعتبر المتنبئ بالمستقبل جيرمي ريفكين الطّباعة ثلاثيّة الأبعاد الثورة الصناعية الثالثة ، بعد الميْكنة والتجميع في القرنين التاسع عشر والعشرين .

حيث أنه يمكن إنتاج أيّ شكل ومهما كانت المادة المرادة للتصنيع ، كما أنها مكنت الأفراد من طباعة النماذج الخاصة بهم بأنفسهم دون الحاجة للمصانع .

تطبيقات تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد

التطبيقات مازالت تتطور بشكل مستمر وإليكم هذه الأشياء المذهلة التي تم صناعتها بواسطة تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد :

• الأسلحة

فقد فتحت هذه التقنية الكثير من المجالات والآفاق في صناعة الأسلحة فكان شيئاً غير متوقع ، فيوجد مسدس تم طباعته بتقنية ثلاثية الأبعاد ، واستخدم الليزر لتسخين جزيئات المعدن لتصنعه الطبقة تلو الطبقة .

وهذه الطابعة تكلف تقريباً نصف مليون دولار ، ولكن بإمكانك صنع مسدس بلاستيكي مثلاً تستغرق طباعته يومان ، ويكلف عشرين دولار.

المجسمات الشخصية

تم إطلاقها بالبداية في طوكيو وأصبح بإمكان أي شخص الحصول على مجسم صغير يشبهه ، حيث يتم التصوير من جميع الاتجاهات لبضع دقائق بواسطة كاميرا خاصة ويتم إرسال هذه الصورة ثلاثية الأبعاد إلى الطابعة.

وتستخدم حبر سيراميك ملون ، ويستغرق طباعتها ثمان ساعات حيث تكلف خمسين دولارا .

الأعضاء الصناعية ثلاثية ابعاد

الطباعة ثلاثية الأبعاد التقدم الملحوظ حدث في مجال طباعة الأعضاء الصناعية مثل : الطفل ليو جي  ويعد واحداً من كل خمسمائة طفل الذين يولدون سنوياً بدون اكتمال كامل أعضاء أجسامهم

وقد عمل فريق مدعوم من قبل مايكروسوفت على فكرة صنع يد صناعية ليو، حيث تم وضع ثلاثة أقطاب كهربائية على اليد ، وبتحريك اليد ترسل إشارة إلى الجهاز الواصل باليد الصناعية.

وقد تم صنع العديد منها بهذه التقنية حيث تكلف الذراع الواحدة حوالي مئة دولار.

الأعضاء والأنسجة الحيوية الثلاثية الابعاد

لقد استطاع فريق مختص  في ( آي ام تي ) و ( هارفرد ) بطباعة أنسجة قلبية وأوعية دموية.

ولتمهيد الطريق لطباعة أعضاء كاملة لكل من يحتاج للتبرع بالأعضاء ، وأيضاً عمل على طباعة أنسجة حيوية مختلفة لمساعدة الشركات في مجال اختبار الأدوية ودراسة أعراضها قبل طرحها واستخدامها وطباعة الضمادات الذكية.

السيارات ثلاثية الأبعاد

إن أول سيارة تم صنعها بواسطة تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد هي : السيارة أوربي الثانية في عام 2013 ثم تتالت بعدها العديد من السيارات.

مثل احدى السيارات المصنوعة من قبل لوكل موتر ، وهي سيارة كهربائية حيث تمت طباعتها بطابعة صناعية ثلاثية الأبعاد.

وتم استخدام الكاربون فايبر ، وقد استغرقت طباعتها أربعين ساعة .

الأطعمة ثلاثية البعد

العديد من الطابعات ثلاثية الأبعاد أصبحت تطبع الشوكولاتة والهمبرغر، لكنها قامت ببرنامج خاص لتطوير طباعة البيتزا استعداداً لمهتهم على المريخ .

وبإمكانها طباعة من ثمان إلى تسعة أنواع من هذه المكونات الغذائية .

المنازل ثلاثية الأبعاد

يوجد هناك منازل كثيرة  تمت طباعتها في غضون أربع وعشرون ساعة ، و صدق أن جميعها مكونة من مخلفات صناعية ممزوجة بالإسمنت.

وتم تصميم الجدران لعزل الأصوات الخارجية وهي مكاتب لشركات هندسية ، ويطمح العلماء إلى تطوير هذه الطابعات لتتمكن من طباعة ناطحات السحاب ، وسيتوفر خامات مختلفة لهذه المنازل .

إعداد وتحرير المقال : سمير الحوري

التدقيق العلمي والتقني : المهندس إلياس عبد النور

التدقيق اللغوي : ميليا عبد الغني

تصميم الإنفوغراف : مهند هاشم

جميع حقوق الملكية الفكرية والنشر محفوظة لموقع غدق www.ghadk.com

يمنع منعاً باتاً نقل أو نسخ هذا المحتوى تحت طائلة المسائلة القانونية والفكرية

يمكنكم دعم الموقع عن طريق الاشتراك في صفحة الفيس بوك Facebook وحساب الانستغرام  Instagram وحساب تويتر Twitter

للتواصل والاستفسار والدعم التواصل على البريد التالي : ghadak.site@gmail.com