أساسيات الطباعة ثلاثية الأبعاد

2024 مؤلف: Sherilyn Boyd | [email protected]. آخر تعديل: 2023-12-16 09:38

طبقات متعددة

في الأساس ، تتضمن الطباعة ثلاثية الأبعاد إنشاء كائن عن طريق وضع طبقات متعاقبة من المواد ، مثل المساحيق والسوائل والبلاستيك والمعادن والسيراميك وجعلها تلتصق ببعضها البعض. يبدأ هذا النوع من التصنيع الإضافي بإنشاء نموذج ثلاثي الأبعاد باستخدام التصميم بمساعدة الكمبيوتر (CAD).

اتباع النمط

بعد إنشاء النموذج ، يتم تحويل تعليمات ملف CAD إلى تنسيق ستفهمه الطابعة ثلاثية الأبعاد مثل لغة التغطية بالفسيفساء القياسية (STL). ثم يتم "تقسيم" الإرشادات لتوفير الطابعة ثلاثية الأبعاد مع المقاطع العرضية للنقش بعد لإكمال كل طبقة أفقية.

طباعة المنتج

هناك العديد من طرق التصنيع ثلاثية الأبعاد. هذه هي من بين الأكثر شعبية.

تقنية نفث الحبر

مثل طائرة حبر ، مع الطباعة المباشرة ثلاثية الأبعاد ، ترش الفوهات مادة سائلة فوق السطح. في الطباعة ثلاثية الأبعاد ، يتحرك أي من الفتحات وسطح الطباعة أو كليهما بينما يتم تطبيق المادة في طبقات متتالية. هذه الطريقة تحظى بشعبية كبيرة للنماذج الأولية السريعة (RP).

على غرار الطباعة المباشرة ثلاثية الأبعاد ، تجمع بيندر ثلاثية الأبعاد بين الغراء (الموثق) مع مسحوق ناعم:يمر التمرير الأول طبقة رقيقة من المسحوق ، بينما يستخدم الممر الثاني الفتحات لتطبيق الموثق. ثم تنخفض منصة البناء قليلاً لتتوافق مع طبقة جديدة من المسحوق ، وتتكرر العملية بأكملها حتى يتم الانتهاء من النموذج .

الليزر

تستخدم العديد من طرق الطباعة ثلاثية الأبعاد حزم الليزر لتحويل المواد المختلفة إلى كائنات صلبة.

تستخدم إحدى الطرق الشائعة ، stereolithography ، جهازًا (SLA) مع: "أربعة أجزاء رئيسية: دبابة… مملوءة بالبلاستيك السائل (فوتوبوليمير) ، وهو عبارة عن منصة مثقبة تنزل إلى الخزان ، وأشعة فوق بنفسجية (UV) وجهاز كمبيوتر يتحكم في كل شيء. أولا] طبقة رقيقة من فوتوبوليمير… يتعرض فوق… برنامج. يضرب الأشعة فوق البنفسجية [هو]… "رسم" نمط الكائن الجاري طباعته…. السائل المقاوم للأشعة فوق البنفسجية قابل للشفاء… يتم تخفيض المنصة [مرة أخرى] ، مما يعرض طبقة سطح جديدة…. تتكرر العملية مرارًا وتكرارًا حتى يتم تشكيل الكائن بأكمله."

كما يقوم تلبيد الليزر الانتقائي (SLS) والذوبان الانتقائي بالليزر (SLM) أيضًا بإطلاق حزم الضوء ، ولكن على طبقات رقيقة من المسحوق ، بدلاً من السائل ، فوق سطح المبنى: "[ليزر] ، الذي يتم التحكم فيه بواسطة جهاز كمبيوتر يخبره عن الهدف من "الطباعة" ، ينبض على المنصة ، ويتبع المقطع العرضي للكائن على المسحوق. يقوم الليزر بتسخين المسحوق إما إلى أقل بقليل من نقطة غليانه (تلبد) أو فوق نقطة غليان (الصهر) ، والتي تقوم بدمج الجزيئات في المسحوق معًا في شكل صلب…. وتستمر العملية مرارًا وتكرارًا حتى تتم طباعة الكائن بأكمله."

التلبيد المباشر بالليزر المعدني (DMLS) هو شكل شائع من هذه الطريقة.

تصفيح

بدمج طبقات متتالية من الورق ، البلاستيك أو ، في بعض الأحيان ، المعدن ، ثم قطع المنتج النهائي إلى الشكل المطلوب ، يعمل تصنيع الأغلفة الرقيقة (LOM) على النحو التالي:ورقة مستمرة من المواد… يتم رسمه عبر منصة بناء بواسطة… بكرات…. لتشكيل كائن ، يتم تمرير بكرة ساخنة على ورقة المواد على منصة البناء ، وذوبان لاصقه والضغط عليه على المنصة. يقوم الليزر أو الشفرة التي يتحكم فيها الكمبيوتر بقص المادة إلى النموذج المرغوب.

قذف

النمذجة ترسب تنصيف (FDM) يشطف المواد بالحرارة ، وهو: "تتم تغذيتها من فتحات المواد الخاصة بالطابعة ثلاثية الأبعاد إلى رأس الطباعة ، والتي تتحرك في إحداثيات X و Y ، وترسب المواد لإكمال كل طبقة قبل أن تتحرك القاعدة لأسفل المحور Z وتبدأ الطبقة التالية."

الانتهاء من الإنتاج

العديد من طرق الطباعة ثلاثية الأبعاد تترك بقايا ، ولكن معظمها إما أن ينظف أو ينكسر أو يغسل بالمنظفات والماء.

منتجات المستهلك

نظرًا لتوفر التقنية بسعر أقل (تتوفر الآن طابعات ثلاثية الأبعاد صغيرة بأسعار معقولة جدًا) ، يتم الإعلان عن تطبيقات ثلاثية الأبعاد جديدة تقريبًا. إليك بعضا من المفضلة إلي:

طعام

في مختبر Creative Machines في جامعة كورنيل ، أصبح تصنيع المأكولات (جيدًا ، الطعام على أي حال) مع الطابعات ثلاثية الأبعاد أمرًا واقعًا. وباستخدام طريقة أولية سريعة تعرف باسم (Solidformform Fabrication SFF) ، يشرح الباحثون كيف يمكن أن يحول SFF كل من الطعام الجيد وكذلك إنتاج الغذاء الصناعي.

اليوم ، تقوم العديد من الشركات التجارية باستكشاف خياراتها ثلاثية الأبعاد للأكل. تفيد تقارير أن هيرشي تفكر في استخدام تقنية ثلاثية الأبعاد "لصنع الحلوى بأشكال جديدة وتصاميم مخصصة" ، كما تقدم Foodini طابعة للطعام ثلاثي الأبعاد "تدير الأجزاء الصعبة والمستهلكة من إعداد الطعام".

البنادق

في الآونة الأخيرة تم تصنيع كل من المسدسات البلاستيكية والمعدنية باستخدام تقنية 3D.

تم اختبار النموذج البلاستيكي ، المسمى المحرر ، من قبل مكتب الكحول والتبغ والأسلحة النارية (ATF) ، على الرغم من أن العاملين لم يعجبوا: "واحد ، انهم يعملون. ثانيًا ، إنها غير موثوقة ، وثلاثة ، لا يمكن اكتشافها. وهذه مشكلة تتعلق بالسلامة والأمن لأنها يمكن أن تشق طريقها إلى مرافق آمنة ".

المسدس المعدني ، نسخة طبق الأصل من مسدس براوننج 1911 ، تم تصنيعه عبر DMLS ، تم بناؤه من "أكثر من 30 مكونًا مطبوعًا ثلاثي الأبعاد [و]… قادر على ضرب عدد قليل من عيون الثيران في أكثر من 30 ياردة."

المخدرات

في جامعة جلاسكو ، يقوم الباحثون بتطوير "كيمياء قابلة للتنزيل ، مع الهدف النهائي من السماح للناس" بطباعة "الأدوية الخاصة بهم في المنزل". مع العلم أن معظم الأدوية تتكون من بعض المكونات البسيطة مثل الأكسجين والكربون والبارافين والزيوت النباتية ، يعتقد البروفيسور كرونين أنه يمكن أن يكون من السهل ملء الوصفات الطبية الخاصة بك ، حيث أن اتباع وصفة (وإن كانت مكتوبة من قبل شركة أدوية).

يطرح هذا السؤال: إذا كان بإمكاننا طباعة الوصفات الطبية في المنزل ، فما الذي يمنعنا من طباعة المخدرات غير المشروعة؟ الجواب القصير هو - لا شيء: "حالما نحصل جميعًا على طابعات ثلاثية الأبعاد ، يمكننا فقط بناء حبوبنا الخاصة في المنزل. بعد ذلك ، ستصبح "المادة الخاضعة للرقابة" أخيرًا لا يمكن التحكم فيها تمامًا ".