الطباعة ثلاثية الأبعاد

بدأت الطباعة ثلاثية الأبعاد في الثمانينات من خلال تسجيل الباحث Chuck Hull اول براءة اختراع للطباعة ثلاثية الأبعاد (صورة واسم) ولكن ما هي الطباعة ثلاثية الأبعاد من الاساس؟ 

الطباعة ثلاثية الأبعاد هي عملية تقوم فيها آلة خاصة بتحويل ملف رقمي ثلاثي الأبعاد إلى نموذج ملموس ثلاثي الأبعاد (من نموذج رقمي إلى حقيقي) وذلك عبر اضافة المادة الخام طبقة تلو الطبقة حتى انهاء النموذج. 

تخيلوا معي الخطوات (Animation) نموذج تلاثي الأبعاد -> يشرح عبر أحد برامج التقطيع Slicer والذي يقطع النموذج لطبقات ويحول النموذج لأوامر تحركية ترسل من البرنامج (Slicer) إلى الطابعة ثلاثية الأبعاد.
ولاحظوا هنا أني استخدمت كلمة إضافة … لأن الطباعة ثلاثية الأبعاد تختلف عن باقي عمليات التصنيع من خلال هذا المبدأ ولذلك عرفت عند الكثيرين بـ (عملية التصنيع بالإضافة - Additive Manufacturing).

ولكن السؤال هنا (لماذا تأخرت هذه التقنية للوصول لنا؟)

هناك الكثير من العوامل ولكن أهمها تطور التقنيات وقدرات الحاسوب بالإضافة لبراءات الاختراع المرتبطة بهذه التقنية.

طرق الطباعة

ننتقل الآن إلى أشهر وأهم تكنولوجيات الطباعة ثلاثية الأبعاد الـ FDM (Fused deposion modeling) وهي أكثر أنواع الطباعة ثلاثية الأبعاد شهرة وانتشارًا؛ حيت تتم عملية الطباعة فيها طبقة تلو طبقة من الأسفل إلى الأعلى ويستخدم البلاستك بشكل اساسي بنوعية الـ ABS والـ PLA.

كيف تحصل عملية الطباعة

يتم تذويب شريط البلاستك من خلال قطعة التسخين وبعدها توضع على المنصة حسب المواقع المعطاه مسبقًا من البرمجية، وبعد ذلك يتم تبريدها بمراوح تبريد. 

والسؤال هنا كيف للبلاستك أن يكون سبب في شهرة هذا النوع من الطباعة؟

يمتاز البلاستك بعدة مميزات، أهمها:

- العدد الكبير من الألوان المتاحة.

- إمكانية خلطه بمواد كيميائيّة وتغير الصفات الكيميائيّة له (البلاستك المضيء ليلا) 

- خلطه بمواد تغيّر مظهره وبعض صفاته الفيزيائية. 

- المرونة التي يمتاز بها بعض أنواع البلاستك. 

وغيرها الكثير من العوامل التي تساعد على جعل البلاستك وFDM من أشهر وأكثر طرق الطباعة انتشارًا. 

التكنولوجيا الثانية من تكنولوجيات الطباعة ثلاثية الأبعاد هي الـ SLA أو الـ DLP وهما تكنولوجيّتان يستخدمان الليزر أو الـ UV Light لتصليب مادة صمغية تسمى بالـ Resin.

هذه الطريقة عكس الطريقة السابقة من حيث اتجاه الطباعة، فقاعدة هذا النوع من الطباعة يقع في الأعلى، ويمتاز هذا النوع بدقّته العالية ولكنه بطيء بعض الشيء.

وكما نعلم أن تكنولوجيا الطباعة ثلاثية الأبعاد تتطور يومًا بعد يوم، ولذلك وصل العلماء إلى طريقة طباعة مطورة عن الـ SLA و اطلقوا عليها اسم (Continuous Liquid Interface Production) CLIP والتي استخدم فيها الأوكسجين لتسريع عملية الطباعة بشكل كبير.

الطريقة الثالثة هي SLS (Selective laser sintering) وهذه الطريقة يستخدم فيها الليزر لتصليب المادة البودراوية طبقة طبقة، وتكون هنا نسبة ملئ المادة للمجسم ثلاثي الأبعاد 100% (أي لا يوجد فراغات داخل المجسم) وهذا ما سنتحدث عنه بالتفصيل لاحقًا. 

أحد اصناف هذا النوع هو الـ Colorjet 3D Printer والتي باستطاعتها إخراج المجسم بكامل ألوانه من الطابعة مباشرة وذلك عبر تلوين الطبقة الخارجية للمجسم ثلاثي الأبعاد بألوان تشابه الألوان المستخدمة في طابعات الورق العادية الـ Inc Jet

آخر الطرق التي سأتحدّث عنها والذي اعتبره شخصيًّا أحد اصناف الـ SLS هو DMLS (Direct Metal Laser Sintering) وهنا من حيث المبدأ لا زلنا نتّبع مبدأ تجفيف وتصليب المادة من خلال الليزر ولكنّنا هنا نستخدم برادة الحديد لتصليب الحديد (طباعة الحديد).

الخلاصة

تكنولوجيا الطباعة ثلاثية الأبعاد كغيرها من التكنولوجيا، لها إيجابيات وسلبيات 

لنبدأ معًا بذكر بعض الإيجابيات:

- تكوين مجسمات معقدة من الصعب وبعض الاحيان من المستحيل تكوينها بدون استخدام تكنولوجيا الطباعة ثلاثية الأبعاد

- لا يوجد حاجة للأدوات الكثيرة في عملية التصنيع (فقط صمم واطبع) 

- امكانيّة تخصيص كل قطعة من القطع المراد طباعتها

- السرعة في عمل النماذج الأولية وسهولة التعديل عليها. 

- تقليل الـ waste material أو المادة التي ستذهب للنفايات.

أمّا سلبيات هذه التكنولوجيا فهي متعددة.. اذكر منها: 

- التكلفة العالية عند تصنيع كمية كبيرة.

- محدودية الألوان وأنواع المواد المستخدمة.

محمد أكرم مستو