تدقيق لغوي: أ. موانا دبس
قائمة المحتويات
أصبحت تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد ذات انتشارٍ كبيرٍ في السنوات الأخيرة، حيث يتجه المزيد من الناس إلى هذه الطريقة لإنشاء الأجزاء والأجسام. يعتقد المبتدئون أن الطباعة ثلاثية الأبعاد هي عبارة عن خيوطٍ من البلاستيك يتمُّ بثقها من فوهةٍ ساخنة، ولكنها أكثر من ذلك بكثير.
الكثير من الناس لا يعلم أن هناك أنواع كثيرة ومختلفة لتقنيات الطباعة ثلاثية الأبعاد، ولكنها تشترك في عناصر أساسية، فجميعها تبدأ بنموذجٍ رقمي CAD لأن التكنولوجيا بطبيعتها رقمية، ولكل تقنية منها مزاياها وعيوبها الخاصة.
ما هو موقع الطباعة ثلاثية الأبعاد ضمن مجال عمليات التصنيع؟
تُعتبر عملية الطباعة ثلاثية الأبعاد (3D printing)، والتي تُسمّى تصنيع المنتجات بالإضافة (Additive manufacturing) نوعاً من أنواع عمليات التصلُّب (Solidification processes)، والتي تُعتبر نوعاً من أنواع عمليات الحصول على الشكل الأولي (Shaping process) المُصنّفة ضمن عمليات الإنتاج (Processing operations)، والتي تُعتبر من أنواع عمليات التصنيع (Manufacturing Process).
ما هو المبدأ العام لتقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد؟
تقوم عملية الطباعة ثلاثية الأبعاد بإنشاء كائنٍ (جسم) من نموذجٍ رقمي حاسوبي ثلاثي الأبعاد CAD لهذا الجسم، ويتمُّ تكوين الجسم بطريقة بناء الطبقات (طبقة تلو الأخرى)، وبالتالي تسمح بإنشاء أشكالٍ معقدةٍ للأجسام قد يكون من الصعب أو المستحيل الحصول عليها باستخدام عمليات التصنيع (Manufacturing Process) الأخرى.
تبدأ المنتجات كملفاتٍ إلكترونيةٍ مصممةٍ باستخدام برنامج التصميم بمساعدة الحاسوب (CAD)، ثم يتمُّ وضع ملف التصميم في برنامجٍ خاص لتصميم طريقة بناء الجسم، ويتمُّ في هذا البرنامج تقسيم الجسم الرقمي إلى شرائح أو طبقات لتتمّ طباعته بشكل ثلاثي الأبعاد. هذا البرنامج، غالبًا يكون خاصاً بنوع (بتقنية) الطباعة ثلاثية الأبعاد المراد استخدامها، ثم يتمُّ إنشاء تعليمات المسار الذي تتبعه الطابعة ثلاثية الأبعاد لبناء الجسم. [1]
كيف تُصنّف تقنيات الطباعة ثلاثية الأبعاد؟
تمّ تقسيم تقنيات التصنيع بالإضافة (الطباعة ثلاثية الأبعاد) حسب منظمة المعايير الدولية (ISO) إلى سبعة أنواع عامة: [1] [2]
1- تقنية بثق المواد (Material Extrusion)
وهي نوعٌ من تقنيات الطباعة ثلاثية الأبعاد تستخدم خيوط (أسلاك) (Filament)، وغالباً من المواد البلاستيكية الحرارية (Thermoplastic).
الأنواع الفرعية لتقنية الطباعة ببثق المواد
1- النمْذجة بالترسيب المنصهر ((FDM) Fused deposition modeling).
2- الطباعة ثلاثية الأبعاد لتطبيقات إنشاءات الأبنية (Construction 3D Printing).
3- الطباعة ثلاثية الأبعاد الدقيقة (Micro 3D Printing).
4- الطباعة الحيوية ثلاثية الأبعاد (Bio 3D Printing).
2- البلمرة بالإضافة داخل الوعاء (Vat Polymerization)
تُسمّى طباعة الريزين ثلاثية الأبعاد (Resin 3D printing)، وتستخدم هذه التقنية مصدراً ضوئياً لتصليب (تجميد) ريزين البوليمير الضوئي (Photopolymer resin) الموجود في الوعاء، ويتمُّ ذلك التصليب بشكلٍ انتقائي.
الأنواع الفرعية لتقنية الطباعة بالبلمرة بالإضافة داخل الوعاء
1- الطباعة المُجسّمة ((SLA) Stereo Lithography)، والطباعة المُجسّمة الدقيقة (Micro SLA).
2- التصليب الرقمي بالضوء ((DLP) Digital Light Processing).
3- شاشة الكريستال السائل (LCD) المعروفة أيضًا باسم الطباعة المُجسّمة المقنّعة ((MSLA) Masked stereo lithography).
الفرق الأساسي بين هذه الأنواع هو نوع مصدر الضوء، وكيفية استخدامه لتصليب (لتجميد) الريزين السائل.
3- دمج طبقات المساحيق (Powder bed fusion (PBF))
يقوم مصدر الطاقة الحرارية بصهر (إذابة) جزيئات المسحوق (البلاستيكي، أو المعدني، أو السيراميكي) بشكلٍ انتقائي لإنشاء جسمٍ صلب، ويتمُّ ذلك بتسلسل طبقةٍ تلو الأخرى.
الأنواع الفرعية لتقنية الطباعة بدمج طبقات المساحيق
1- الطباعة بالتلبيد الانتقائي للمسحوق بالليزر (Selective Laser Sintering (SLS)).
2- الدمج الطبقي للمسحوق بالليزر (LPBF)) Laser Powder Bed Fusion).
3- الصهر بالشعاع الإلكتروني (Electron Beam Melting (EBM)).
4- نفث المواد (الطباعة النفاثة ثلاثية الأبعاد) (Material Jetting)
يتمُّ ترسيب قطراتٍ صغيرة من المواد ثم يتمّ تجميدها أو تنشيفها على طاولة البناء للطابعة، ويتمّ نفث البوليمرات الضوئية أو قطرات الشمع التي تنشّف عند تعرضها للضوء، فيتم بناء الجسم بطريقة الطبقة تلو الأخرى.
الأنواع الفرعية لتقنية الطباعة النفاثة ثلاثية الأبعاد
1- نفث المواد (Material Jetting (M-Jet)).
2- نفث الجزيئات الدقيقة (النانوية) Nano Particle Jetting (NPJ)).
تسمح طبيعة عملية نفث المواد بطباعة مواد مختلفة في نفس الجسم.
5- النفث والمواد الرابطة (Binder Jetting)
يتمُّ نفث سائل المادة الرابطة، فيقوم بربط طبقةٍ من مسحوق المادة الأساسية بشكلٍ انتقائي، وتستخدم هذه التقنية مسحوقاً مكوناً من مواد (معدنية، أو بلاستيكية، أو سيراميكية، أو خشبية، أو سكر)، ومادة سائلة يتمُّ نفثها وترسيبها من فوهات النفث.
الأنواع الفرعية لتقنية نفث المواد الرابطة
1- النفث في مسحوق المواد المعدنية (Metal Binder Jetting).
2- النفث في مسحوق المواد البلاستيكية (MJF,HSS,SAF).
3- النفث في مسحوق الرمل (Sand Binder Jetting).
6- الترسيب بالطاقة المُركّزة (Directed Energy Deposition (DED))
تستخدم مصدر طاقةٍ مركّز، مثل: قوس البلازما، أو شعاع الليزر، أو الشعاع الإلكتروني لصهر المواد بشكلٍ آنٍ خلال ترسيبها من فوهاتٍ صغيرة، ويمكن التحكم في ترسيب المعدن كطبقات، وتتشابه هذه الطريقة مع عملية اللحام.
الأنواع الفرعية لتقنية الترسيب بالطاقة المركزة
1- الترسيب بالطاقة الليزرية المركزة (Laser Directed Energy Deposition).
2- الترسيب بطاقة شعاع الإلكترون المركزة (Electron Beam Directed Energy Deposition).
3- ترسيب بطاقة القوس الكهربائي مباشرةً (Wire Directed Energy Deposition).
4- الترسيب بالرذاذ البارد عالي السرعة (Cold Spray).
5- الترسيب بطاقة الصهر مباشرة (Molten Direct Energy Deposition).
7- تكديس الرقائق (المواد الصفائحية الرقيقة) (Sheet Lamination)
تختلف هذه التقنية بشكلٍ كبيرٍ عن تقنيات الطباعة ثلاثية الأبعاد المذكورة أعلاه، حيث تقوم بتكديس رقائق من مواد رقيقة جدًا معًا للحصول على جسمٍ ثلاثي الأبعاد ثم يتمُّ قطعها بعد ذلك ميكانيكيًا بشفرة أو باستخدام الليزر لتشكيل الشكل النهائي، ويتمُّ دمج الطبقات والمواد معاً باستخدام كل من الحرارة، أو الأمواج الصوتية، أو الضغط بحسب مادة الصفائح المُستخدمة، وتستخدم مواد من الورق، أو البوليمرات، أو المعادن.
الأنواع الفرعية لتقنية تكديس الرقائق
1- تصنيع الأجسام بتكديس الرقائق واللاصق (Laminated Object Manufacturing (LOM)).
2- الدمج بالأمواج فوق الصوتية (Ultrasonic Consolidation (UC)).
المراجع البحثية
1- All3DP. (2023, August 9). The 7 main types of 3D printing technology. All3DP Pro. Retrieved November 7, 2023
2- Baskar, N. (2023, January 11). Learn Different Types of 3D Printing Technologies | Mechanical Blogs. Skill-Lync. Retrieved November 7, 2023
