تعد الطباعة ثلاثية الأبعاد واحدة من أكثر التقنيات ثورية في القرن الحادي والعشرينst القرن الماضي، وهو يغير بشكل مطرد كيفية إنشاء الأشياء وتصميمها وبنائها. لذلك ليس من المستغرب أن تكون صناعة الطباعة ثلاثية الأبعاد واحدة من أهم الصناعات التي يجب على تجار التجزئة مراقبتها.
ومع ذلك، قد يواجه العديد من المشترين صعوبة في البقاء على اطلاع بأحدث الابتكارات في مجال تكنولوجيا الطباعة ثلاثية الأبعاد. ستناقش هذه المقالة سبعة من التقنيات الأساسية التي يجب معرفتها، وستقدم نصائح حيوية لاختيار عملية الطباعة الصحيحة.
جدول المحتويات
ما هي الطباعة ثلاثية الأبعاد؟
نظرة عامة على صناعة الطباعة ثلاثية الأبعاد
7 أنواع من تقنيات الطباعة ثلاثية الأبعاد
كيفية اختيار عملية الطباعة ثلاثية الأبعاد المناسبة
وفي الختام
ما هي الطباعة ثلاثية الأبعاد؟
تعد الطباعة ثلاثية الأبعاد جزءًا من عملية تُعرف باسم التصنيع الإضافي، حيث يتم إنشاء الكائن عن طريق إضافة مادة طبقة تلو الأخرى. في حين يتم استخدام هذه العملية في التصنيع الكبير لإنشاء قطع غيار السيارات أو مكونات محركات الجيت، فإنه يمكن استخدامها أيضًا في المنزل أو للاستخدام التجاري على نطاق صغير طابعات 3D.
تتضمن الخطوة الأولى في الطباعة ثلاثية الأبعاد إنشاء مخطط للكائن المراد طباعته. بمجرد أن يحصل المستخدم على تصميم ثلاثي الأبعاد، يرسله إلى الطابعة التي تتلقى البيانات، وتسحب المادة من خلال أنبوب، وتذيبها، وتودعها على طبق حيث تبرد على الفور. يتم إنشاء الكائن ثلاثي الأبعاد من خلال الطبقات، حيث ستضيف الطابعة طبقة واحدة من المادة في كل مرة حتى يظهر الهيكل المكتمل بالكامل.
نظرة عامة على صناعة الطباعة ثلاثية الأبعاد
يشهد سوق الطباعة ثلاثية الأبعاد نموًا مطردًا. في عام 3، وصل السوق العالمي إلى تقييم 20.67 مليار دولار أمريكي - وهو رقم من المتوقع أن يرتفع إلى 91.8 مليار دولار أمريكي بحلول عام 2032. ويتوقع محللو السوق أن يحدث هذا النمو بمعدل نمو سنوي مركب يبلغ 18.92%.
يؤثر انفجار التكنولوجيا الرقمية على صعود صناعة الطباعة ثلاثية الأبعاد، والتي تعتبر مثالية للتصنيع الحديث. وقد اعتمدت العديد من البلدان بالفعل الطباعة ثلاثية الأبعاد، حيث ظهرت الولايات المتحدة كأكبر منفق فيما يتعلق بشراء الطابعات ثلاثية الأبعاد في عام 3، وهو ما يمثل أكثر من 3% من حصة السوق. مع استمرار تزايد الطلب على تكنولوجيا الطباعة ثلاثية الأبعاد، تستعد الشركات التي تنتج أدوات الطباعة ثلاثية الأبعاد المناسبة للاستفادة من السوق الواسعة.
7 أنواع من تقنيات الطباعة ثلاثية الأبعاد
هناك عدة أنواع من تقنيات الطباعة ثلاثية الأبعاد المستخدمة عمليًا في جميع أنحاء العالم. يمكن أن يساعد فهم هذه الأنواع تجار التجزئة على اتخاذ قرارات مستنيرة عند تخزين المنتجات وتحسين اختيار الإنتاج بناءً على الطلب. وهي تشمل ما يلي:
1. الطباعة الحجرية المجسمة (SLA)
الطباعة الحجرية المجسمة، أو SLA، هي عملية طباعة ثلاثية الأبعاد تستخدم الليزر لمعالجة الراتنج السائل وتحويله إلى بلاستيك مقوى. يعد نظام الاستريو المقلوب أو المقلوب هو نظام SLA الأكثر شيوعًا.
اعتمادًا على الآلة، يتم سكب الراتينج في الخزان من قبل المستخدم أو يتم صرفه تلقائيًا من خرطوشة.
في بداية الطباعة، يتم إنزال منصة مبنية على الراتينج، مما يترك فقط طبقة رقيقة من السائل بين منطقة البناء وأسفل الخزان.
يسمح الزجاج الشفاف الموجود في الجزء السفلي من خزان الراتنج لمقاييس الجلفانومتر بتوجيه الليزر فوق البنفسجي، ورسم مقطع عرضي للنموذج ثلاثي الأبعاد وتصلب المادة بشكل انتقائي. يتم إنشاء الطباعة في طبقات متتالية، سمك كل منها أقل من 3 ميكرون.
بمجرد الانتهاء من الطبقة، يتم خفض المنصة مرة أخرى، ويتم تقشير المكون من قاع الخزان للسماح بتدفق الراتنج الجديد تحته.
تم تطوير SLA في الأصل في الثمانينيات، وكان يقتصر على الآلات الصناعية الكبيرة حتى وقت قريب. اليوم، توفر الطباعة الحجرية المكتبية طباعة ثلاثية الأبعاد عالية الدقة وبأسعار معقولة تتناسب بسهولة مع مساحة عمل المستخدم.
يسمح SLA باستخدام مجموعة واسعة من المواد ذات الخصائص الفيزيائية المتنوعة. سواء كان مهندسًا، أو مصمم منتجات، أو نحاتًا، أو صائغًا، أو طبيب أسنان، فهناك مادة لتطبيقها.
2. معالجة الضوء الرقمية (DLP)
In معالجة الضوء الرقمي أو DLP، فإن العملية الفعلية لمعالجة وتصنيع الكائن ثلاثي الأبعاد هي نفس عملية الطباعة ثلاثية الأبعاد SLA، باستثناء انحراف واحد. تستخدم الطباعة الحجرية المجسمة الليزر لعرض نسخة طبق الأصل ثلاثية الأبعاد من الجسم على سطح الخزان، مما يؤدي إلى إنشاء طبقة فوق أخرى.
في حالة معالجة الضوء الرقمي، يتم استبدال الليزر بمصباح قوسي أو مصدر للضوء. يتم تسليط الضوء على شكل الشكل المرغوب على سطح البوليمر السائل، ويتم تصلب البوليمر السائل المعين بسهولة، مما يجعله أقل استهلاكًا للوقت من الليزر لتشكيل الشكل. والنتيجة هي عملية طباعة ثلاثية الأبعاد أسرع من SLA.
تستخدم معالجة الضوء الرقمية مواد مختلفة مثل النايلون وABS واللدائن الحرارية. ولذلك، فهو متعدد الاستخدامات. كما أنها تقوم بتصنيع أشكال مختلفة باستخدام طباعتها من الأسفل إلى الأعلى بدقة عالية.
3. نمذجة الترسيب المنصهر (FDM)
تستخدم عملية الطباعة ثلاثية الأبعاد المضافة للطبقة مواد بلاستيكية حرارية من فئة الإنتاج لإنتاج أجزاء النموذج الأولي وأجزاء الاستخدام النهائي.
من المعروف أن هذه التقنية تنتج تفاصيل الميزات بدقة ولها نسبة قوة إلى وزن ممتازة. إنه مثالي للنماذج المفاهيمية، والنماذج الأولية الوظيفية، ومساعدات التصنيع، وأجزاء الاستخدام النهائي منخفضة الحجم.
لقد عادوا عملية إف دي إم يبدأ بـ "تقسيم" بيانات CAD ثلاثية الأبعاد إلى طبقات. يتم بعد ذلك نقل البيانات إلى جهاز يقوم ببناء الجزء طبقة تلو الأخرى على منصة البناء.
تُستخدم بكرات رفيعة تشبه الخيوط من اللدائن الحرارية والمواد الداعمة لإنشاء مقطع عرضي لكل جزء. مثل مسدس الغراء الساخن، يتم بثق المواد غير الملفوفة ببطء من خلال فوهات مزدوجة التسخين. وبدقة، تضع الفوهات كلاً من مادة الدعم والطباعة ثلاثية الأبعاد على الطبقات السابقة.
تستمر فوهة البثق في التحرك في مستوى XY أفقي بينما تتحرك منصة البناء لأسفل، مما يؤدي إلى بناء الجزء طبقة تلو الأخرى. يقوم المستخدم بإزالة الجزء النهائي من منصة الإنشاء وتنظيف مواد الدعم الخاصة به.
تحتوي أجزاء RAW FDM على خطوط طبقة مرئية. يمكن تطبيق خيارات تشطيب متعددة مثل الصنفرة اليدوية أو التجميع أو الطلاء التجميلي لإنشاء قطع ناعمة ومتساوية السطح.
في حين أن أجزاء FDM مصنوعة من اللدائن الحرارية مثل ABS والبولي كربونات والألتيم، إلا أنها عملية ومتينة.
4. التلبيد الانتقائي بالليزر (SLS)
طباعة SLS هي طباعة تعتمد على مسحوق الليزر وتستخدم المسحوق كمادة خام بدلاً من الخيوط أو الراتنج. تبدأ عملية الطباعة عن طريق إنزال خزان المسحوق وملئه بمسحوق لدن بالحرارة، عادة من النايلون.
الجزيئات التي يتكون منها المسحوق مستديرة، ويبلغ قطرها أقل من 100 ميكرون وملمسها ناعم. وهذا يسمح للمسحوق بالانتشار في طبقة رقيقة وكثيفة، وهو أمر مهم لنجاح طباعة SLS.
قبل البدء في الطباعة، يتم تسخين المسحوق إلى ما دون درجة حرارة الانصهار مباشرة من خلال ملفات التسخين، وفي بعض الحالات، مصابيح الأشعة تحت الحمراء. يتم الاحتفاظ بالمسحوق عند درجة الحرارة هذه طوال فترة الطباعة ليسهل على الليزر إذابة المسحوق لأنه سيتطلب كمية صغيرة من الطاقة. كما يمنع الجزء المطبوع من التزييف بسبب التدرجات الحرارية.
يقوم موزع المسحوق مثل الشفرة أو الأسطوانة بإنشاء طبقة موحدة رفيعة على منصة التصميم؛ بعد ذلك، يقوم الليزر بتسخين مناطق منطقة البناء بشكل انتقائي لإذابة المسحوق في شكل هندسي محدد. يتكرر هذا الجزء، بحيث تصبح كل قطعة أطول بعد كل طبقة.
يجب أن يكون واضحًا أنه في حالة وجود عيوب أو عيوب في المسحوق، فإن هذه العيوب ستنتقل مباشرة إلى الجزء، مما يؤدي إلى ضعف الخواص الميكانيكية أو احتمال فشل الطباعة. ولهذا السبب تعتبر الطبقات الناعمة والموحدة مهمة.
عندما تسير الأمور على ما يرام، فإن المسحوق الذي لم يتم إدخاله يغلف الجزء المطبوع بالكامل. وهذا يعني أن مواد الدعم غير ضرورية لطباعة SLS؛ يمكن طباعة أي شكل هندسي. القيد الوحيد هو ضرورة وجود مساحة كافية لإزالة المسحوق السائب بعد الطباعة.
5. ذوبان الليزر الانتقائي (SLM)
لقد عادوا ذوبان الليزر الانتقائي تستخدم هذه العملية مواد مسحوقة معدنية لبناء الجسم طبقة تلو الأخرى. يتم استخدامه لإنشاء كائنات باستخدام معادن مختلفة، والتي عادة ما تكون ذات كثافة عالية. تستخدم تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد الليزر لإذابة مسحوق المعدن، مما يؤدي إلى تبريده وتصلبه.
تنتج كل دورة ليزر شريحة جديدة من الجسم الذي يتم إنشاؤه، ثم يتم خفض منصة العمل بسمك جانب واحد تمامًا بينما تقوم الكاشطة بإعادة توزيع المسحوق. يتصلب المعدن المنصهر، وتتكرر العملية.
يقوم الليزر بدمج الطبقات القديمة والجديدة معًا حتى يكتمل النموذج الأولي. يتم لحام كل مكون بمنصة العمل بدعامة منفصلة بعد إزالة المكون.
تتم إزالة الجسم النهائي من المسحوق غير المستخدم القابل لإعادة التدوير وتحريره من المسحوق الزائد، مما يؤدي إلى منتجات مصنعة بدقة شديدة.
يثبت الذوبان الانتقائي بالليزر قيمته عندما يلزم إنتاج المكونات المعقدة بسرعة. كما أنه يتيح إنتاج منتجات معقدة ذات عناصر وظيفية متكاملة مثل التبريد المطابق.
6. ذوبان الشعاع الإلكتروني (EBM)
ذوبان الشعاع الإلكتروني هي عملية تصنيع مضافة معدنية حيث تكون نقطة البداية عبارة عن طبقة من مسحوق المعدن المنصهر طبقة تلو الأخرى لبناء الجزء المعدني الصلب باستخدام شعاع الإلكترون.
بالمقارنة مع تقنيات دمج مسحوق الليزر الأكثر شيوعًا مثل SLS وSLM، فهي عملية عالية الطاقة، وبالتالي تستخدم شعاع الإلكترون.
يحدث ذوبان الشعاع الإلكتروني عادةً داخل آلة تحت فراغ عند درجات حرارة عالية. يبدأ المستخدم بنشر طبقة من المسحوق المعدني عبر منطقة البناء وتسخين كل هذا المسحوق مسبقًا. ثم يقوم شعاع الإلكترون بدمجه عن طريق إذابة الأماكن اللازمة لبناء الجسم.
تتكرر العملية لتنتهي في النهاية بكتلة شبه صلبة أو كعكة من المسحوق تحتوي على المواد الحبيبية المسخنة مسبقًا. تتطلب الخطوة التالية فصل الطاقة عن الكتلة ثم متابعة سير العمل.
إحدى فوائد EBM هي أن مصدر الطاقة الأعلى يجعل من الممكن استخدام قطر أكبر مسحوق المعادن، وهو أيضًا أسهل في العمل معه. كما أنه ليس لديه أي خطر على الجهاز التنفسي عند العمل مع مسحوق ناعم. لذلك، مع EBM، من الممكن العمل مع المسحوق والتواجد حوله بدون معدات أمان خاصة.
ميزة أخرى لذوبان الشعاع الإلكتروني هي أنه يحدث عند درجات حرارة أعلى من اندماج طبقة المسحوق بالليزر. وهذا يُترجم إلى إدارة أفضل للضغوط الحرارية، وتقليل التشويه والتشويه، ودقة أفضل للأبعاد.
يُستخدم ذوبان الشعاع الإلكتروني بشكل شائع في صناعة الغرسات الطبية، على الرغم من استخدامه أيضًا في هندسة الطيران والسيارات.
7. تصنيع الأجسام الرقائقية (LOM)
تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد الأخرى هي تصنيع كائن مغلفة. تصنيع الأجسام الرقائقية، أو LOM، هي عملية نماذج أولية سريعة يتم فيها لصق الطبقات المغلفة من الورق أو البلاستيك أو المعدن معًا بنجاح وتقطيعها لتشكيلها باستخدام أداة القطع أو قاطعة الليزر.
تحتوي كل طبقة من عملية البناء على المقاطع العرضية لواحد من الأجزاء العديدة. قبل بدء المعالجة، يتم تغذية الطابعة بصورة من ملف STL مشتق من CAD. يقوم برنامج نظام LOM بحساب وظائف التقطيع والتحكم فيها، بينما تتم عملية التصفيح وتوجيه الكائن يدويًا.
في عملية البناء، يقوم النظام بإنشاء مقطع عرضي للنموذج ثلاثي الأبعاد، وقياس الارتفاع الدقيق للنموذج، وتقطيع المستوى الأفقي وفقًا لذلك. يقوم البرنامج بعد ذلك بتصوير البوابات المتقاطعة ومحيط النموذج.
يقوم شعاع أكبر بقطع سمك طبقة واحدة من المادة في كل مرة، وبعد حرق المحيط، يتم تحرير حدود النموذج من الورقة المتبقية.
تنزل المنصة التي تحتوي على مجموعة من الطبقات التي تم تشكيلها مسبقًا، ويتقدم قسم جديد من المواد.
تصعد المنصة، وتقوم أسطوانة ساخنة بتصفيح المادة إلى الكومة بحركة متبادلة واحدة، وربطها بالطبقة السابقة. بعد ذلك، يقوم جهاز التشفير الرأسي بقياس ارتفاع الكومة وينقل الارتفاع الجديد إلى الشريحة. يستمر هذا التسلسل حتى يتم بناء جميع الطبقات.
تتم معالجة المواد بعد صياغة المواد بالكامل، والتي تتضمن فصل الجزء الرقائقي عن كتلة LOM. بعد الانفصال، يمكن صنفرة الجسم أو صقله أو طلاءه حسب الرغبة.
كيفية اختيار عملية الطباعة ثلاثية الأبعاد المناسبة
يمكن للشركات أن تكون قادرة على اختيار الحق الطباعة 3D الطريقة فقط إذا أخذوا في الاعتبار بعض العوامل الرئيسية. فيما يلي ثلاثة عناصر أساسية يجب تحديد أولوياتها قبل الاستثمار في تقنية معينة.
1. القدرة على التصنيع أو العملية
أولاً، عند اختيار تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد، يتعلق الأمر بالتطبيق العملي لإجراءات صنع المنتج. يمكن للخصائص الفيزيائية للكائن المُصنع أن تساعد المستخدمين على تضييق نطاق منهجية الطباعة. يتضمن ذلك السُمك أو الدقة أو الحجم أو هيكل الدعم المطلوب للمنتج النهائي.
على سبيل المثال، يبلغ الحد الأدنى لسمك الجدار في طباعة SLA 0.6 مم، بينما يمكن أن تستوعب معالجة الضوء الرقمية ما يصل إلى 0.2 مم. نتيجة الكائن المطبوع هي الأقل دقة مع الترسيب المنصهر، في حين أن SLA هو الأكثر دقة ولديه أعلى دقة.
في حين أن SLS أو SLA ممتاز لمعظم احتياجات الطباعة ثلاثية الأبعاد، إلا أنه يمكن تحقيق تصميمات أكثر تعقيدًا تتطلب معالجة متخصصة من خلال طباعة FDM أو EBM أو LOM.
2. خصائص أو وظائف الأجزاء النهائية
هناك طريقة أخرى لاختيار عملية طباعة ثلاثية الأبعاد مثالية وهي النظر في وظائف المنتج النهائي. وهذا يستلزم النظر في عدم قابليتها للظروف البيئية، والمرونة، والصلابة، والجوانب الفيزيائية الأخرى مثل المقاومة الكيميائية والحرارة، والسلامة البيئية، وما إذا كانت صالحة للأكل.
التعرض للرطوبة أو ضوء الشمس يمكن أن يؤثر على جودة المنتجات؛ وبالتالي، لا يتم ضمان مقاومة الحرارة والرطوبة على أساس الراتنج عمليات مثل SLA أو DLP. لذلك، قد يفكر المستخدمون في الطرق المعتمدة على ضخ المسحوق مثل تقنيات الطباعة EBM، أو SLM، أو LOM. بالإضافة إلى ذلك، تتمتع العناصر المطبوعة باستخدام هذه التقنيات بأقوى الخصائص الكيميائية.
وهذا يعني أن SLA وDLP سوف يتناسبان مع طباعة المواد التي لن تتعرض لعناصر خارجية قاسية، بينما تعمل طرق التلبيد الانتقائية بالليزر بإذابة الشعاع الإلكتروني بشكل أفضل لطباعة المواد الصناعية.
3. المواد والتشطيبات
أخيرًا، يجب على الشركات التأكيد على نوع المادة التي ستستخدمها لإنتاج الجسم واللمسة النهائية التي تتوقعها من الطباعة. تشمل المواد الأكثر شيوعًا المستخدمة في الطباعة ثلاثية الأبعاد خيط, مسحوقوالراتنج، حيث يتم تصنيف هذه المواد أيضًا إلى بوليمرات أو بلاستيك ومعادن وسيراميك و المركبة.
يتم تصنيف البلاستيك أيضًا إلى اللدائن الحرارية واللدائن الحرارية. تعتبر SLS وFDM أكثر ملاءمة لللدائن الحرارية، في حين أن أفضل تكنولوجيا طباعة للمواد المتصلدة بالحرارة هي الطباعة الحجرية المجسمة ومعالجة الضوء الرقمية (DLP).
تتمتع المواد المعدنية بأقوى الصفات وتناسب تطبيقات الطيران والسيارات والتطبيقات الطبية. ونوع المادة مهم أيضًا عند صنع أجزاء قوية مثل مفصلات الأبواب أو الأجزاء المعدنية الأخرى لتطبيقات الإضاءة. توفر عمليات SLM وLOM وEBM حلول طباعة لمثل هذه الاحتياجات.
وفي الوقت نفسه، تتميز تقنيات الطباعة المختلفة هذه أيضًا بتشطيبات مختلفة. على سبيل المثال، يمكن لأولئك الذين يبحثون عن تشطيب مطلي أو لامع اختيار تقنيات SLA وFDM. سوف يقوم SLA وDLP بتنفيذ تشطيب واضح. من الممكن الحصول على تشطيب مصبوغ أو غير لامع عند استخدام تلبيد الليزر الانتقائي.
وفي الختام
في النهاية، هناك تقنيات طباعة ثلاثية الأبعاد مختلفة، واختيار التقنية المناسبة يأتي من احتياجات المستخدم. وهناك عوامل أخرى، مثل المادة والتطبيق العملي، ستحدد أيضًا نوع التكنولوجيا المستخدمة. يمكن للمستخدمين المستعدين لبدء رحلة طباعة ثلاثية الأبعاد ناجحة استكشاف مجموعة من الطابعات ثلاثية الأبعاد الموثوقة Chovm.com.
