كيف تعمل الطباعة ثلاثية الأبعاد؟

تطغى الطباعة ثلاثية الأبعاد على العالم - قليلاً. إنه ليس في المنزل تمامًا العمر الماسي تم التنبؤ به ، ولكن الطباعة ثلاثية الأبعاد السريعة تكمن وراء بعض العمليات الصناعية الفعالة بشكل لا يصدق التي نتمتع بها الآن. لا يتعلق الأمر بالتصنيع السريع والسهل فحسب ، بل يتعلق أيضًا بالنماذج الأولية السريعة التي تسمح للمهندسين بالعمل من خلال مشكلات التصميم البسيطة في غضون ساعات ، حيث كان من الممكن في السابق أن تستغرق أسابيع. تعمل الطباعة ثلاثية الأبعاد في طريقها إلى المستشفيات ومختبرات الأبحاث وميادين الرماية ومحلات تصليح السيارات. ولكن كيف يعمل؟

أولاً ، العموميات. جميع الطابعات ثلاثية الأبعاد الموجودة في السوق اليوم ، على الأقل في المقام الأول ، مضافة. وهذا يعني أنهم يعملون عن طريق إيداع المزيد والمزيد من مواد البناء بدقة ، وإنشاء كائن فوق من لا شيء. هذا على عكس عملية النحت ، حيث تحلق شيئًا موجودًا أسفل - توجد طابعات ثلاثية الأبعاد يمكنها القيام بالنحت فوق كائن تم إنشاؤه مؤخرًا ، لكن النحت لن يكون قادرًا على توفير مزايا التصنيع الإضافي. من خلال بناء الأشياء ، عادة في طبقات ، تجعل الطباعة ثلاثية الأبعاد أجسامًا مجوفة ، أو تلك ذات التلافيفات الداخلية المعقدة ، سهلة التصنيع فيزيائيًا مثل مكعب صلب ومتجانس.



مسدس M1911 مطبوع ثلاثي الأبعاد ، مقسم إلى أجزاء

مسدس M1911 مطبوع ثلاثي الأبعاد ، مقسم إلى أجزاء.



لا يوجد حاليًا سوى عدد قليل من الأنواع العامة لتقنيات التصنيع المضافة ، على الرغم من وجود العديد من الاختلافات الطفيفة في هذه الأنواع. لكل منها نقاط قوتها وضعفها ، ولكن حتى التقنيات القديمة مثل ترسيب البثق من المرجح أن تجد مكانًا طويل الأجل في السوق من خلال البساطة المطلقة وقلة النفقات.

الأب الأكبر لجميع تقنيات الطباعة ثلاثية الأبعاد هو الطباعة الحجرية المجسمة (SLA). هذا نظام قائم على طبقة يستخدم الليزر لتقوية أجزاء من وسط سائل يسمى فوتوبوليمر. تُغمر منصة معدنية في البوليمر الضوئي وتُحفظ بسمك طبقة واحدة بعيدًا عن السطح ، عادةً ما يكون عُشر المليمتر أو أقل. يتتبع الليزر فوق البنفسجي شكل الطبقة الأولى ، مكونًا مادة صلبة صلبة أينما تلامس ، ثم تنزل المنصة بسمك طبقة أخرى. يكتسح فيلم رقيق من البوليمر الضوئي غطاء الجسم المتنامي ، ويقوي الليزر الطبقة التالية الموجودة فوقه. هذه ليست الطريقة الأكثر فاعلية للطباعة ، ولكن يمكنها استخدام بعض مواد البناء الشيقة للغاية ، مثل السيراميك ، بسعر منخفض نسبيًا.



الطباعة ثلاثية الأبعاد 2ومع ذلك ، ربما جاء أبسط أشكال الطباعة ثلاثية الأبعاد بعد ذلك بقليل ، مما أدى حقًا إلى بدء عاصفة الاهتمام المفاجئة القادمة من السوق الشامل: ترسب البثق. هذا هو أسهل شكل من أشكال الطباعة ثلاثية الأبعاد للتصور: تتحرك فوهة الروبوت ، وتضغط على مادة بناء بلاستيكية مثل مسدس الغراء الساخن الذي يتم التحكم فيه بدقة شديدة. يُقصد ببعض المواد البلاستيكية أن تتصلب أثناء تبريدها في الهواء ، بينما يتم خلط البعض الآخر بعامل تصليب كما يتم وضعه ، ولكن على أي حال ، فإن الهدف هو إنشاء طبقة صلبة فوق الأخرى. إذا كانت الطبقات رقيقة بما يكفي ومضبوطة بدقة كافية ، يمكن أن ينتج عن ذلك أسطح تبدو ناعمة إلى حد ما ، مثل جسم بلاستيكي تقليدي.

إذا أردنا الطباعة باستخدام مواد أكثر تنوعًا ودراسة ، أشياء مثل المعدن عالي القوة ، سنحتاج إلى شيء أفضل من مسدس الغراء الساخن فائق التطور.

طباعة ثلاثية الأبعاد لبوذا بواسطة ديفيد كاردينال

يمكن للمؤرخين استخدام الطباعة ثلاثية الأبعاد لدراسة القطع الأثرية القديمة.



كان التلبيد الانتقائي بالليزر (SLS) هو الحل الأساسي ، حتى الآن. يتضمن هذا الأسلوب إطلاق سحابة صغيرة من مواد البناء الخاصة بك في شكل بخاخ ، نفث صغير ينفث فوق المنطقة التي نحاول تكوينها. ثم ينفجر ليزر موقوت بدقة يدمج هذه الجزيئات الفردية لمواد البناء ، عادة المعادن ، في الجسم المتنامي. يعمل إصدار أكثر تقدمًا من هذه التقنية يسمى Selective Laser Melting (SLM) بنفس الطريقة. بدلاً من استخدام الليزر لدمج جزيئات إضافية في كائن متنامي ، تقوم آلات SLM بإذابة جزيئات مواد البناء تمامًا ، وبناءً بشكل أساسي من بقعة صغيرة من المعدن المنصهر ، ومن المحتمل أن تخلق مواد نهائية أقوى وأكثر كثافة.

ثم هناك أشكال الطباعة الأكثر تخصصًا. أحد الأمثلة على ذلك هو ألياف الكربون ، والتي يمكن استخدامها لطباعة الأجزاء عالية القوة بكثافة منخفضة. لا تزال هذه الأنواع من مواد البناء المتخصصة والمركبة تتطلب الدخول إلى الحد الأقصى من النطاق السعري - ولكن ليس بالضرورة إلى النهاية القصوى المتطرفة. حسنًا ما يزيد قليلاً عن 5000 دولار، يمكن للمتحمسين الطباعة بأجزاء من ألياف الكربون التي تكون ، في معظم الأحوال ، أفضل من تلك المطبوعة على المعدن.

أخيرًا ، بدأ كل شيء في الوصول إلى العالم الحقيقي. تنتج شركات الطيران مثل إيرباص الآن الآلاف من الأجزاء الرخيصة وخفيفة الوزن لطائراتها بطباعة ثلاثية الأبعاد ، بينما يمكن للمهنيين الطبيين الآن إنتاج قوالب وأطراف اصطناعية بسرعة للمرضى. تمتلك معظم شركات التصميم طابعة ثلاثية الأبعاد صغيرة رخيصة على الأقل موضوعة على مكتب في مكان ما ، حتى يتمكنوا من التقاط فكرة بسرعة والنظر إليها من جميع الزوايا.

أول طباعة جاهزة للمهمة من وكالة ناسا.

أول طباعة جاهزة للمهمة من وكالة ناسا.

إنها شهادة على تنوع التصنيع الإضافي الذي يتم استخدامه حتى من قبل المتحمسين لجميع أنواع الأغراض المثيرة للاهتمام. الناس يصنعون الأسلحة النارية العاملة. إنهم يطبعون وظيفية الآلات الموسيقية المقلدة. هذا الشخص لقد صنع حتى طابعة ضخمة قائمة على الحزام تهدف إلى صنع قطع فنية كاملة الحجم للشركات من اللحام بشكل أساسي.

تعد كفاءة الطباعة ثلاثية الأبعاد مثالية أيضًا للحشد العلمي الراقي. يمكن لما يسمى بالطباعة الحيوية أن تحدث ثورة في نمو الأعضاء من الخلايا الجذعية ، حيث يمكن للطابعات الجديدة بناء مصفوفة من البوليمر القاسي مع العناصر الغذائية والخلايا الجذعية المناسبة. هذا يسمح للأعضاء بالنمو الأعضاء، كائنات منظمة ثلاثية الأبعاد ، بدلاً من كتل متجانسة من أنسجة العضو في طبق بتري.

قلب يجري طبعه بيولوجياتم استخدام SLS و SLM من قبل وكالة ناسا لإنشاء أجزاء جاهزة للمهمة لعمليات إطلاق حقيقية. الهدف ، على المدى الطويل ، هو أن تكون قادرًا على الطباعة ثلاثية الأبعاد للمهام المعقدة بأكملها ، وربما حتى في الفضاء. كانت هناك محاولات للطباعة بالغراء الممزوج بغبار القمر أو المريخ ، مما قد يسمح لمركب الهبوط ببناء هياكل بشكل مستقل للمستعمرين البشريين اللاحقين. حتى أن هناك مبادرة تسمى SpiderFab تهدف إلى طباعة هياكل كبيرة ثلاثية الأبعاد في فراغ الفضاء. يمكننا الآن البدء في طباعة الروبوتات اللينة ، وحتى البدء في صنع الأشياء ديناميكية بمرور الوقت.

عدد التطبيقات الممكنة للطباعة ثلاثية الأبعاد مذهل حقًا. مثل الشبكات العصبية ، إنها إحدى تلك التقنيات التي يمكنها تغيير العالم دون أن تلاحظ حدوث ذلك. إذا بقيت الغالبية العظمى من الطابعات خلف الستار ، في المصانع والمختبرات حول العالم ، فلن يكون تأثيرها محسوسًا إلا في زيادة جودة الحياة بشكل مطرد ، وانخفاض تكاليف المعيشة بشكل مطرد.

تحقق من سلسلة 2007es.com Explains الخاصة بنا للحصول على تغطية أكثر عمقًا لأهم الموضوعات التقنية اليوم.

Copyright © كل الحقوق محفوظة | 2007es.com