Published in: تكنولوجيا

الطباعة ثلاثية الأبعاد – ما هي المواد المستخدمة في الطباعة المكتبية؟

Author د. عماد الدين قلالة

Published on: 5 أكتوبر، 2023

د. عماد الدين قلالة

تدقيق لغوي: أ. موانا دبس

ما هي الطباعة ثلاثية الأبعاد؟

3D printing هي عملية تصنيعٍ تقوم فيها الآلة بإنشاء جسمٍ ثلاثي الأبعاد عن طريق بناء طبقاتٍ ثنائية الأبعاد متتالية من المواد، وتصنّف هذه العملية من أنواع عمليات التصنيع، بالإضافة ((AM )Additional manufacturing) لأنها تختلف عن طرق التصنيع التقليدية، مثل: التصنيع بالقطع والتشغيل (Machining)، أو التصنيع التشكيلي (الصب Casting)، أو التشكيل (Forming)، وتنتج طرق التصنيع أيضاً أشكالًا وأجساماً من الصعب أو المستحيل أحياناً الحصول عليها باستخدام طرق التصنيع الأخرى مع توفيرٍ بالتكلفة، ومرونة في الإنتاج. ^[1]

الطباعة المكتبية ثلاثية الأبعاد (Desktop 3D Printing)

يشير هذا المصطلح إلى استخدام الطابعات ثلاثية الأبعاد الشخصية والغير مكلفة نسبيًا، والتي يمكن استخدامها في المنزل أو في مكتب مشترك، وعادةً ما تكون هذه الآلات أصغر حجمًا، وأقلُّ تعقيدًا من الطابعات الصناعية ثلاثية الأبعاد، وهي مصممةٌ خصيصًا للنماذج الأولية، وكمية الإنتاج القليلة. أصبحت الطباعة ثلاثية الأبعاد المكتبية متوفرةً بفضل مشروع (RepRap) الذي بدأه الدكتور أدريان بوير (Adrian Bowyer) في عام 2005 لإنشاء آلةٍ بسعرٍ منخفض التكلفة، وبذلك جعل الطباعة ثلاثية الأبعاد في متناول الجميع. ^[1]

مقارنة الطباعة 3D مع عمليات التصنيع بالإضافة (AM)

يشير كلا المصطلحين إلى عمليةٍ لإنشاء جسمٍ مادي عن طريق إضافة طبقاتٍ من المواد، ويستخدم عادةً مصطلح الطباعة ثلاثية الأبعاد للإشارة إلى عمليات الطباعة غير الصناعية، مثل: الطابعات المكتبية الصغيرة، أما التصنيع الإضافي، فهو مصطلحٌ أوسع يشمل مجموعةً متنوعةً من التقنيات المستخدمة لإنشاء أجسامٍ عن طريق إضافة المواد. تُحدّد التقنيات المختلفة للتصنيع بالإضافة من خلال معايير ISO / ASTM، وتشمل تقنيات مثل: الصهرFused) deposition modeling (FDM))، والنفث (Binder jetting).

كيف تعمل تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد النموذجية؟

بغضِّ النظر عن الأسلوب المستخدم، تتبع عمليات الطباعة هذه منهجية عملٍ عامة تتضمن الخطوات التالية:

1- التصميم الرقمي (Digital design)

الخطوة الأولى في عملية الطباعة ثلاثية الأبعاد هي إنشاء نموذجٍ رقمي CAD للجسم من خلال النمذجة ثلاثية الأبعاد، وبرامج التصميم بمساعدة الحاسب CAD program، ويمكن تصميم النموذج ثلاثي الأبعاد إما برسمه من الصفر، أو بنسخه انطلاقاً من جسم، موجود حيث يُنسخ بتقنيات وآلات المسح ثلاثي الأبعاد (3D Scanning).

2- التحضير (Preparation)

بمجرد اكتمال النموذج الرقمي يتمُّ تحضير الملف المناسب بحسب الآلة، والتكنولوجيا المستخدمة، ويتمُّ تقسيم النموذج إلى عدة طبقاتٍ رقيقة في عملية تُعرف باسم التقطيع ثلاثي الأبعاد ثم يتمُّ إنشاء ملفٍ بلغة الآلة G-code تفهم من خلاله الطابعة كيفية بناء الجسم.

3- التصنيع (Fabrication)

يتمُّ بعد ذلك إرسال ملف G-code إلى طابعةٍ ثلاثية الأبعاد ثم تترجم الطابعة هذا الكود، وتنشئ الجسم عن طريق إضافة المواد بطبقاتٍ متتالية.

4- مرحلة ما بعد التصنيع

تتضمن خطوات التشطيب، مثل: التنظيف، والمعالجة، والتلوين، وإزالة الأجزاء الزائدة التي تمّ إنشاؤها لدعم عملية التصنيع. ^[1]

ما هي المواد المستخدمة في الطباعة المكتبية ثلاثية الأبعاد؟

في حين تعمل تقنيات التصنيع بالإضافة AM مع مجموعةٍ واسعةٍ من المواد، مثل: الفولاذ، والتيتانيوم، والبلاستيك، والسيراميك، فإن الطباعة ثلاثية الأبعاد المكتبية FDM يمكن أن تعمل فقط مع مجموعةٍ محدودةٍ من المواد، مثل: اللدائن الحرارية، وتأتي عادةً بشكل سلكٍ رفيعٍ ملفوف على بكرة، ويتمُّ تغذيته في نظام البثق الخاص بالطابعة.

وتُعتبر مادة PLA من أكثر المواد المستخدمة في هذه التقنية، وهي بوليمر طبيعي مصنوعٌ من المحاصيل النشوية، مثل: الذرة، وقصب السكر، وهي مادةٌ سهلة الطباعة بطريقة الطباعة ثلاثية الأبعاد، وتُستخدم أيضاً مادة بلاستيك ABS في الطباعة، وتستخدم هذه المادة كثيراً في الصناعة، وتوجد مواد استخدامها قليل مثل: المواد البلاستيكية التقليدية النايلون، وTPU، والبولي كربونات PC، وبعض المواد الخاصة، مثل: المواد التي تحتوي على ألياف الكربون، والخشب، والمعادن.

تستخدم طابعات الريزين ثلاثية الأبعاد (Resin 3D printers) مادة ريزين سائلة حيث يتمُّ طباعة الجسم، وتصليب الريزين باستخدام الأشعة فوق البنفسجية، وإنشاء طبقاتٍ متتالية من الجسم، وتُعتبر نتائج التصنيع في هذه التكنولوجيا عالية الدقة، وتُعتبر الريزينات (Resin) من أكثر المواد استخداماً في الطباعة المكتبية ثلاثية الأبعاد. ^[1]

يعدُّ مستقبل الطباعة ثلاثية الأبعاد مشرقاً من المنازل إلى المصانع، فالتقنيات، والتطبيقات، والمواد الجديدة في هذا المجال هي في الطريق إلى الظهور حيث تتمتع بالقدرة على تغيير طريقة تصميم المنتجات، وتصنيعها تمامًا.