كيف تعمل الطابعات ثلاثية الأبعاد

مقدمة

تخيل أنك قد قررت تنظيم خزانتك، ولكن بدلا من قياس الأبعاد في متجر للتأكد من أنها يفترض أن تلائمك، فقط عليك حتى تمضى إلى مخطك ، وأدخل القياسات التي تريدها للمخطة الخاصة بك لتتم طباعتها هناك. الآن تخيل حتى لديك هدف لبناء نموذجا مصغرا من معركة الحرب الأهلية الشهيرة لمشروع في المدرسة، فإنك ستستخدام تلك الطابعة نفسها لبناء جميع الجنود والمدافع والأشجار بالتفصيل المفعم بالكمال. قد تكون هذه التقنية أقرب مما كنت تعتقد بفضل الطباعة ثلاثية الأبعاد . الأبعاد الثلاثة تجعل من الطباعة أسهل وأسرع لإنتاج كائنات معقدة متعددة مع الأجزاء المتحركة والتصميم المعقد، وسرعان ما يفترض أن تكون في متناولك بما فيه الكفاية في المنزل.

التصنيع المضاف (AM) هوعائلة تكنولوجيا للتصنيع التي تضم الطباعة 3-D . هووسيلة لخلق كائن عن طريق إضافة مواد إلى طبقة بعد طبقة للشىء المراد إنشاؤه. AM هوالمصطلح الحالي التي وضعتها جمعية ASTM الدولية (سابقا الجمعية الأمريكية للاختبارات والمواد) [المصدر: جيبسون، وآخرون.]. وطوال تاريخها، فقد عهدت تقنية التصنيع المضاف في العام بأسماء مختلفة:مثل الطباعة المجسمة ،والطبقات 3-D والطباعة 3-D. هذه الموضوعة تستخدم الطباعة 3-D لأنه يظهر أنه المصطلح الأكثر شيوعا الذى يستخدم لوصف منتجات AM.

يمكنك ان ترى بعض المبادئ الأساسية وراء AM في الكهوف ؛ على مدى آلاف السنين، فإن قطرات الماء المتساقطة تخلق طبقات وطبقات من الرواسب المعدنية، والتي تتراكم لتشكل الصواعد والهوابط. وعلى عكس هذه التكوينات الطبيعية، فإن الطباعة 3-D هى أسرع بكثير وتتبع خطة محددة سلفا تقدمها برامج الكمبيوتر. الكمبيوتر يوجه الطابعة 3-D لإضافة جميع طبقة جديدة كمبتر عرضى دقيق للكائن النهائي.

التصنيع المضاف (AM) التحويلي والطباعة 3-D على وجه التحديد، ماتزالان في طور النمو. التكنولوجيا التي بدأت كوسيلة لبناء نماذج سريعة الآن تعتبر وسيلة لخلق منتجات للصناعات الطبية، وطب الأسنان، وفهم الفضاء والسيارات. الطباعة 3-D هواجتياز أيضا لتصنيع الأثاث وصناعة ألعاب الأطفال وفى الفن والموضة.

هجرز هذه الموضوعة على نطاق واسع على الطباعة 3-D وحول تاريخها والتقنيات لمجموعة واسعة من الاستخدامات ، بما في ذلك الطباعة 3-D الخاصة بك للنماذج في المنزل. أولا، دعونا نلقي نظرة على كيفية عمل الطباعة 3-D من بدايتها وكيف تتطور اليوم.

تاريخ الطباعة ثلاثية الأبعاد

كان أول استخدام لتصنيع النماذج الأولية additive manufacturing في (RP) rapid prototyping في وقت مبكر من 1980 و1990 .تلك النماذج تسمح للمصنعين فرصة دراسة تصميم الكائن على نحوأوثق واختبار حتى قبل إنتاج المنتج النهائي. يسمح RP للمصنعين لإنتاج تلك النماذج أسرع بكثير من ذي قبل، في كثير من الأحيان في غضون أيام أوساعات أحيانا من تصور التصميم. في RP، المصممين يخلقون نماذج باستخدام التصميم بمساعدة الكمبيوتر (CAD) والبرمجيات، ثم بعد ذلك تتبع الآلة هذا النموذج لتحديد كيفية بناء الكائن. أصبحت عملية بناء هذا الكائن من قبل الآلة "الطابعة" في المقاطع العرضية طبقة بعد طبقة المعروفة باسم الطباعة 3-D.

حدث أقرب تطوير لتقنيات الطباعة 3-D في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT) في شركة تسمى نظم 3D. في 1990 في وقت مبكر ، وضعت MIT تطوير ذلك مع اسم العلامة التجارية الطباعة 3-D ، التي يختصر رسميا باسم 3DP. اعتبارا من شهر فبراير 2011، منحت MIT تراخيص لست شركات لاستخدام وتعزيز عملية 3DP في منتجاتها [المصدر: معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا].

نظم 3D، ومقرها في روك هيل، SC،كانت رائدة وتستخدم مجموعة متنوعة من أساليب الطباعة 3-D منذ تأسيسها في عام 1986. فقد وضعت علامات تجارية لبعض من تقنياتها، مثل جهاز ستيريوليثوجرافى (SLA) والتصليد الحرارى الإنتقائى بإستخدام الليزر (SLS)، جميع قد تم وصفه لاحقا في هذه الموضوعة. بينما ظلت MIT ونظم 3D روادا في مجال الطباعة 3-D ،ولكن شركات أخرى مثل شركة Z، Objet Geometries وStratasys جلبت أيضا منتجات جديدة ومبتكرة في السوق، حيث أسهمت في بناء هذه التقنيات AM.

اليوم ، الآن بعض من نفس تقنيات الطباعة 3-D التي ساهمت في RP يجري استخدامها لإنشاء المنتجات النهائية [المصدر: مجلة الإيكونوميست].

التكنولوجيا آخذة في التحسن بطرق مختلفة، من صفاء التفاصيل آلة يمكنها الطباعة في غضون مقدار الوقت المطلوب وللتنظيف وإنهاء الكائن عند إتمام الطباعة.

العمليات تزداد سرعة ، والمواد والمعدات يتم الحصول علىها أرخص، ويتم استخدام المزيد من المواد، بما في ذلك المعادن والسيراميك. آلات الطباعة تتراوح الآن من حجم سيارة صغيرة لحجم فرن الميكروويف. الطباعة 3-D وغيرها من أشكال AM لا تزال لاعبين جدد في مجال التصنيع. غالبا ما تقارن التصنيع المضافة، أوعن طريق الخطأ بعملية التصنيع المشهجر للرقابة العددية المراقبة بالكمبيوتر(CNC) وآخر بالبتر. ومع ذلك، هومطروح CNC، والتي هي عكس AM. في التصنيع باستخدام الحاسب الآلي، تتم إزالة المواد من بعض كتلة القائمة من قبل حتى المنتج النهائي لا يزال، مثل الكثير من تمثال نحت من الحجر. الآن حتى لديك بعض المعلومات الأساسية حول الحقل، دعونا استكشاف بعض تقنيات الطباعة 3-D.

الطباعة بيندر 3- D المباشرة

أسلوب واحد للطباعة 3-D هي الطباعة 3-D المباشرة. الطباعة المباشرة 3-D تستخدم تقنية نفث الحبر، والتي كانت متاحة للطباعة الثنائية الأبعاد منذ عام 1960 [المصدر: جيبسون، وآخرون].

كما هوالحال في الطابعة النافثة للحبر 2- D، فإن الفوهات في طابعة 3-D تتحرك جيئة وذهابا تبث السوائل. خلافا للطباعة 2-D، على الرغم من حتى الفتحات أوسطح الطباعة تتحرك صعودا وهبوطا حتى حتى طبقات متعددة من المواد يمكن وضعها على سطح واحد. وعلاوة على ذلك، فإن هذه الطابعات لا تستخدم الحبر، بل تستخدم شموعا سميكة وبوليمرات بلاستيكية، والتي تتصلب لتشكيل جميع مبتر حديث عبر قسم من الكائن 3-D .

كان سريعا النماذج (RP)، والتي وصفناها سابقا في هذه المادة، عاملا رئيسيا في نموالطباعة المباشرة 3-D. في عام 1994، وModelMaker، جهاز تنتجه شركة تعهد باسم Solidscape، أصبحت أول تقنية ناجحة تجاريا لتطبيق نهج النافثة للحبر لRP [المصدر: جيبسون، وآخرون]. تابعوا المنتجات التجارية الأخرى RP، وجميع من لهم استخدام مركبات شمعية. على سبيل المثال، اليوم المنتجات المتطورة النماذج الأولية السريعة تستخدم تقنيات متعددة مثل طائرة النمذجة (MJM)، مما يخلق نماذج الشمع بسرعة مع عشرات من فوهات تعمل في وقت واحد [المصدر: GWP].

كانت النمذجة السريعة (RP)، والتي وصفناها سابقا في هذه الموضوعة عاملا رئيسيا في نموالطباعة المباشرة الطباعة 3-D. في عام 1994، أعتبرت ModelMaker ،أول جهاز تنتجه شركة تعهد باسم Solidscape ، أصبحت أول تقنية ناجحة تجاريا لتطبيق نهج النافثة للحبر لRP [المصدر: جيبسون، وآخرون].

وتتابعت المنتجات RP التجارية الأخرى وجميعهم يستخدمون مركبات شمعية. على سبيل المثال، اليوم المنتجات المتطورة النماذج الأولية السريعة تستخدم تقنيات متعددة مثل مالتى جيت موديللنج (MJM)، مما يخلق نماذج الشمع بسرعة مع عشرات من الفوهات تعمل في وقت واحد [المصدر: GWP].

الطباعة بيندر 3-D ، مثل الطباعة المباشرة 3-D، تستخدم فتحات الحبر لنفث السائل وتشكل جميع طبقة جديدة. على عكس الطباعة المباشرة، فإن الطباعة بيندر 3-D تستخدم اثنتين من المواد المنفصلة التي تأتي معا لتشكيل جميع طبقة مطبوعة: مسحوق ناعم جاف بالإضافة إلى الصمغ السائل ، أوالبيندر [المصدر: جيبسون، وآخرون.]. الطابعات بيندر 3-D تجعل المرور مرتين لتشكيل جميع طبقة. مرور الأول تطلق طلاء رقيقا من مسحوق، ومرور الثاني يستخدم الفتحات لتطبيق البيندر أواللاصق. منصة التشغيل من ثم تنخفض قليلا لاستيعاب طبقة جديدة من المسحوق، والانتهاء من العملية برمتها تتكرر حتى ينتهى النموذج.

عملية معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا 3DP ، كما ذكر في وقت سابق ، تستخدم هذا الأسلوب للمادة اللاصقة (البيندر). MIT تعطى تراخيص للشركات في سبيل تطوير المنتجات التي تستخدم 3DP ، ولكن التأهل لذلك ، يجب على الشركة استخدام بعض من النماذج الفريدة من مساحيق المواد والمادة اللاصقة.

الطباعة بيندر 3-D لديها عدد قليل من المزايا أكثر من الطباعة المباشرة 3-D . أولا، تميل إلى حتى تكون أسرع من الطباعة المباشرة لأنه يتم إستخدام المواد أقل من خلال الفتحات. وهناك ميزة أخرى هي أنه تقدر دمج مجموعة متنوعة من المواد في هذه العملية، بما في ذلك المعادن والسيراميك، وكذلك اللون.

• [ http://computer.howstuffworks.com/3-d-printing.htm]