خطوة بخطوة.. هذه طريقة عمل الطباعة الثلاثية الأبعاد

 تكنوبوك 

  توفر الطباعة الثلاثية الأبعاد فرصًا غير مسبوقة للتصنيع في العديد من الصناعات في جميع أنحاء العالم. وعلى مدى التاريخ، مرت الصناعات التحويلية بأسماء مختلفة، ولكن الطباعة الثلاثية الأبعاد كانت الأكثر شهرة. ولكن كيف تعمل؟

ذكر الكاتب كريستوفر مكفادن في تقريره المنشور بموقع "إنترستنغ إنجينيرينغ" الأميركي أن الطباعة الثلاثية الأبعاد طريقة متعددة الاستخدامات لإنتاج النماذج الأولية السريعة. 

كيف تعمل؟

تبدأ عملية الطباعة الثلاثية الأبعاد بعمل نموذج مصوّر للجسم المراد طباعته، وعادة ما يصمم باستخدام مجموعة برمجيات أبرزها تكنولوجيا التصميم بمساعدة الحاسوب. ومن بين الفوائد الرئيسية للطباعة الثلاثية الأبعاد أنها تسمح بإعداد نموذج أولي سريع لأي شيء تقريبًا.

بعد التصميم، تقوم المرحلة التالية على تقطيع النموذج رقميًّا لطباعته. وتعتبر هذه الخطوة حيوية لأن الطباعة الثلاثية الأبعاد لا يمكنها وضع تصوّر نموذج ثلاثي الأبعاد بالطريقة نفسها التي يتصوره بها الشخص العادي، إذ تقسم عمليّة التقطيع النموذجَ إلى طبقات متعددة، ثم يُرسل التصميم الخاص بكل طبقة إلى رأس الطابعة للطباعة أو الترتيب.

وأورد الكاتب أن الطابعات الثلاثية الأبعاد قادرة على طباعة مواد قوية بكثافة منخفضة من خلال الإضافة المحسوبة لجيوب الهواء داخل المنتج النهائي. فبمجرد أن ينهي برنامج التقطيع مهمته، تُرسل البيانات إلى الطابعة للمرحلة النهائية.

بعبارة أخرى، تبدأ الطابعة الثلاثية الأبعاد في طباعة النموذج وفقًا للتعليمات المحددة لبرنامج التقطيع باستخدام طرق مختلفة، وذلك اعتمادًا على نوع الطابعة المستخدمة.

فمثلا، تستخدم الطباعة الثلاثية الأبعاد المباشرة تقنية مشابهة لتقنية النفث الحبري المستخدم في طابعات الورق، حيث تتحرك الفوهات إلى الأمام والخلف، وإلى الأعلى والأسفل لتوزيع الشمع السميك أو البوليمرات البلاستيكية التي تتصلّب لتكوين كل مقطع عرضي جديد للجسم الثلاثي الأبعاد.

أما في الطباعة الثلاثية الأبعاد الموثّقة فتطبّق فوهاتُ النفث الحبري مسحوقا جافا ناعما وغراء سائلا يجتمعان معًا لتكوين كل طبقة مطبوعة.

وفي طباعة البلمرة الضوئية، تتعرض قطرات من البلاستيك السائل لشعاع ليزر من الأشعة فوق البنفسجية يحوّل السائل إلى صلب.

ويعتبر "التلبيد" تقنية أخرى للطباعة الثلاثية الأبعاد تتضمن ذوبان الجزيئات ودمجها معًا لطباعة كل طبقة متتالية. وتعتمد هذه التقنية على الليزر لإذابة مسحوق البلاستيك المثبط للهب، الذي يتصلب بعد ذلك لتشكيل الطبقة المطبوعة. بشكل عام، قد تستغرق عملية الطباعة الثلاثية الأبعاد ساعات أو حتى أيامًا، وذلك استنادا إلى حجم المشروع وتعقيده.

وبغض النظر عن نوع الطابعة الثلاثية الأبعاد المستخدمة، تكون عملية الطباعة الإجمالية هي نفسها عادةً، ويمكن تلخيصها بهذه الخطوات:

إنتاج نموذج ثلاثي الأبعاد باستخدام برنامج التصميم بمساعدة الحاسوب.

تحويل الرسم المصمّم بالحاسوب إلى لغة التغطية بالفسيفساء القياسية.

نقل الملف إلى الحاسوب الذي يتحكم في الطابعة الثلاثية الأبعاد، ومن ثمّ يختار المستخدم حجم الطباعة واتجاهها.

إعداد الطابعة الثلاثية الأبعاد، إذ كل جهاز له متطلباته الخاصة.

تبدأ الطابعة في العمل، بينما ينتظر المشغل حتى يكتمل البناء. ويجب فحص الجهاز بانتظام خلال هذا الوقت للتأكد من عدم وجود أي أخطاء.

إزالة الشكل المطبوع من الجهاز.

تمثّل الخطوة الأخيرة مرحلة ما بعد المعالجة، إذ تتطلب العديد من الطابعات الثلاثية الأبعاد نوعا من المعالجة اللاحقة، مثل تنظيف أي مسحوق متبقٍ، كما قد يحتاج التصميم الجديد إلى المعالجة.

ماذا يمكنها أن تصنع؟

الطابعات الثلاثية الأبعاد متعددة الاستخدامات بشكل لا يصدق، إذ يمكنها -نظريا- صنع أي شيء تقريبا، لكنها محدودة بسبب أنواع المواد المستخدمة وحجم التصميم. كما تستطيع الطباعة باستعمال البلاستيك والإسمنت والمعدن وحتى الخلايا الحيوانيّة، لكن معظم هذه الطابعات مصمّمة لاستخدام نوع واحد فقط من هذه المواد.

من بين الأشكال التي تستطيع الطابعة الثلاثية الأبعاد صنعها، هناك الأطراف الاصطناعية وأجزاء الجسم الأخرى، والمنازل والمباني الأخرى، والطعام والدواء والملابس، إلى جانب الأجهزة الطبية.

ما أنواع البرامج التي تستخدمها؟

تستخدم برامج التصميم بمساعدة الحاسوب المختلفة مجموعة متنوعة من صيغ الملفات، لكن الأكثر شيوعا هي الصيغ التالية:

"أس.تي.أل" (STL), وهي عبارة عن صيغة ثلاثية الأبعاد يمكنها التعامل مع لون واحد فقط، وعادة ما تستخدم في معظم الطابعات الثلاثية الأبعاد المكتبيّة.

لغة نمذجة الواقع الافتراضي "في.آر.أم.أل" (VRML)، وهي صيغة ملف حديثة تستخدم عادة للطابعات التي تحتوي على أكثر من جهاز نفث واحد، كما يمكنها بناء نماذج متعددة الألوان.

"جي.كود" (GCode)، وهي صيغة ملف يمكن أن تحتوي على إرشادات مفصلة للطابعة الثلاثية الأبعاد تساعدها على متابعة عمليّة بناء كل قطعة.

صيغ أخرى، إذ تمتلك بعض الشركات المصنعة لأنواع أخرى من الطابعة الثلاثية الأبعاد صيغ ملفات خاصة بها.