الطباعة ثلاثية الأبعاد: آلية العمل والأنواع

آلية عمل الطباعة ثلاثية الأبعاد

تعتمد فكرة الطباعة ثُلاثية الأبعاد على تحويل الملفات الرقمية إلى مُجسَّمات ثُلاثية الأبعاد، وتبدأ دائماً بمرحلة تصميم المُجسَّم باستخدام برامج مُتطوِّرة مُتخصِّصة على أجهزة الحاسوب، وبعد الانتهاء من هذه المرحلة، يُصدَّر الملف بصيغة مناسبة إلى برامج مُتطوِّرة أخرى لبدء مرحلة التقسيم؛ إذ يُقسَّم المُجسَّم إلى مقاطع عَرْضية، أو طبقات أُفقية رفيعة، وبسماكات مناسبة؛ ليسهل تصنيعه.

وتبدأ مرحلة الطباعة والتنفيذ عندما يُصبح الملفّ جاهزاً لإعطاء أمر الطباعة، وينبغي التحقُّق من اتِّصال الطابعة بجهاز الحاسوب سلكياً أو لاسلكياً أوّلاً، وبعد ذلك، تبدأ الطابعات ثُلاثية الأبعاد مختلفة الأنواع بتكوين الأشكال المطلوبة، ويجدر بالذكر أنّ الموادّ المستخدمة في الطباعة تختلف باختلاف نوع الطابعة، ومنها: اللدائن الحرارية، والسيراميك، والمعادن بأنواعها، والراتنغ؛ وهي مادَّة صمغية بلاستيكية.

ويُمكن مقارنة الأشكال الثُّلاثية الجاهزة بعد طباعتها بالتصميم الأوّلي؛ للتحقُّق من عدم وجود فروقات، ويمكن أيضاً معالجة معظم الفروقات البسيطة بسهولة غالباً؛ كتعديل المَلمَس، أو إزالة الزوائد؛ بالتعديل اليدوي، أو باستخدام الهواء المضغوط، ومن الأمور الجيِّدة التي تُوفِّرها الطباعة ثُلاثية الأبعاد القدرة على استخدام المُجسَّم مباشرةً في التطبيقات المختلفة دون الحاجة إلى الانتظار؛ إذ يمكن طلاؤه مباشرةً، أو تركيبه وتثبيته مع غيره من القِطَع، وهكذا.

المدّة التي تحتاج إليها الطباعة ثُلاثية الأبعاد

لا تُوجَد مُدَّة ثابتة لطباعة المُجسَّمات ثُلاثية الأبعاد؛ فقد تتراوح بين دقائق إلى ساعات، أو حتى أيّام؛ تبعاً لعوامل مُتعدِّدة، منها: حجم المُخرَجات، وكثرة التفاصيل التي تحتويها، والتي تتطلَّب دِقَّة عالية أحياناً، وتقنية الطباعة المُستخدَمة، وبغضّ النظر عن الطريقة، فإنّ العملية لن تتطلَّب البقاء بجانبها للمراقبة غالباً؛ ممّا يعني إمكانية إعطاء أمر الطباعة والذهاب لإنجاز مَهمَّة أخرى إلى أن تنتهي الطابعة من العمل.

أنواع الطباعة ثُلاثية الأبعاد

هناك أنواع كثيرة للطباعة ثُلاثية الأبعاد، يصِل عددها إلى اثني عشر نوعاً تقريباً، ويختلف كلّ منها عن الآخر في طبيعة الموادّ المستخدمة فيه، وطريقة عمله الدقيقة، مع اشتراكها جميعها في الخطوات العامَّة، ومن أبرز هذه الأنواع ما يأتي:

الطباعة بتقنية ستيريوليثغرافي

الطباعة بتقنية ستيريوليثغرافي "(Stereolithography (SLA"، وتُعرَف بالحجرية المُجسَّمة أيضاً، تُمثِّل النوع الأوّل الذي ابتُكِر للطباعة ثُلاثية الأبعاد، وتعتمد طريقة عمله على تشكيل المُجسَّمات طبقة تلو الأخرى من مادَّة الراتنغ السائل الحَسّاسة للضوء، والتي تتصلَّب بمُجرَّد تعرُّضها لأشعَّة الليزر فوق البنفسجية لتُكوِّن الشكل المرغوب.

ولا بُدّ من التنويه إلى أنّ دِقَّة النتائج تتأثَّر بنوع الطابعة، إلّا أنّ المُجسَّمات الناتجة جميعها تتميَّز بمَلمَس السَّطح الناعم، والمتانة في هذا النوع، وهي تُنقَل إلى أفران خاصَّة؛ لتثبيتها بعد الانتهاء.

المعالجة الرقمية للضوء

تتميَّز الطباعة بالمُعالَجة الرقمية للضوء "(Digital Light Processing (DLP" بسُرعتها العالية لدى مقارنتها بالأنواع الأخرى؛ إذ يحتاج إنتاج الطبقة الواحدة وتصلُّبها إلى ثَوانٍ معدودة فقط، أمّا الموادّ المُستخدَمة في هذا النوع، فهي تعتمد على الراتنغ السائل في العمل، إلّا أنّها لا تستخدم الأشعَّة فوق البنفسجية، بل الضوء الصادر عن المصابيح القوسية شديدة التوهُّج، وهذا هو السبب الرئيس في سرعة تصلُّب الطبقات.

ويُعَدّ هذا النوع من الطباعة ثُلاثية الأبعاد جيِّداً للحصول على المُجسَّمات الدقيقة وذات الأسطح الملساء أيضاً؛ ممّا يجعله مناسباً للعديد من الصناعات؛ كالتحف المنزلية، بالإضافة إلى كونه مفيداً في مجال طبّ الأسنان، إلّا أنّه غير مناسب في التطبيقات الميكانيكية؛ لعدم متانة الأجسام الناتجة عنه.

التلبيد الانتقائي بالليزر 

تختلف طريقة الطباعة عبر التلبيد بالليزر الانتقائي "(Selective Laser Sintering (SLS" عن غيرها من الطرق في كونها تستخدم اللدائن الحرارية المسحوقة، مثل مسحوق النايلون، بعد تليينها بما يكفي باستخدام الليزر، لكن دون تذويبها، ليصبح بالإمكان استخدامها في تصنيع الأجسام ثُلاثية الأبعاد البلاستيكية القوية، وبذلك، يكون الجسم الناتج صلباً بما يكفي للاستغناء عن الحاجة إلى دِعامات، وتتميَّز هذه الطريقة أيضاً بتكلفتها المنخفضة مقارنةً بغيرها.

ويُستخدَم تلبيد الليزر الانتقائي في مجالات عِدَّة؛ كالصناعات بأنواعها، مثل: قِطَع الغيار للسيّارات، أو الدرّاجات، أو الأدوات العسكرية، والبحرية، ويُستخدَم أيضاً في المجال الطبّي، مثل: قِطَع الأطراف الصناعية، والأدوات المُستخدَمة في العمليات الجراحية.

التلبيد المباشر للمعادن بالليزر 

يُعَدّ تلبيد المعادن بالليزر "(Direct Metal Laser Sintering (DMLS" من الأنواع الأكثر تطوُّراً في طباعة الأجسام ثُلاثية الأبعاد، وتعتمد آلية عمله على دمج المعادن المختلفة؛ كالألمنيوم، أو التيتانيوم، وتشكيلها؛ بتعريضها المباشر لأشعَّة الليزر؛ ممّا يعني الحصول على أشكال تتميَّز بقوتها، وعُمرها الافتراضي الطويل، ومقاومتها للحرارة، وخِفَّة وزنها، في الوقت ذاته، بالإضافة إلى أنّ هذه الطريقة يمكن استخدامها للحصول على أشكال ذات تفاصيل مُعقَّدة؛ كالمُجسَّمات الشبكية الدقيقة.

الطباعة بالترسيب المُنصهِر

يمكن القول إنّ نمذجة الترسيب المُنصهِر "(Fused deposition modeling (FDM" هي أكثر أنواع الطباعة ثُلاثية الأبعاد انتشاراً في الأسواق؛ إذ تُستخدَم في إنتاج مُكعَّبات اللعب "Lego"، والمُسنَّنات البلاستيكية، وغيرها، وتعتمد هذه الطريقة على تسخين الخيوط المصنوعة من اللدائن الحرارية، وتشكيلها لصناعة المُجسَّمات، طبقة تلو الأخرى، وتتميَّز هذه المُجسَّمات بمقاومتها للحرارة، وصلابتها بعد أن تبرد، إلّا أنّها لا تكون قوية بما يكفي، ولتسريع تصلُّبها، يمكن تزويد الطابعة بمراوح خاصَّة. 

  المراجع

[1] twi-global.com, WHAT IS ELECTRON BEAM MELTING (ELECTRON BEAM ADDITIVE MANUFACTURE)?
[2] xometry.pro, Direct Metal Laser Sintering (DMLS) 3D printing: Technology overview
[3] futurelearn.com, What Are the Different Types of 3D Printing?
[4] cdwg.com, How Does a 3D Printer Work?
[5] formlabs.com, Guide to Selective Laser Sintering (SLS) 3D Printing