الطابعة ثلاثية الأبعاد
في المستقبل لن نحتاج الي المتاجر لشراء الاغراض بل سوف نصنع اغراضنا بأنفسنا باستخدام الطابعات فيمكنك طباعة منزلك الخاص واثاثاتك بالشكل الذي يعجبك
تاريخ الطباعة ثلاثية الأبعاد
معظمنا يعتقد ان الطباعة ثلاثية الأبعاد وليدة العشرينياتفي حين ان تاريخها يعود الي التسعينيات
صنع تشارلز هال تاريخًا للطباعة ثلاثية
الأبعاد من خلال اختراع الطباعة الحجرية المجسمة. تتيح الطباعة الحجرية المجسمة للمصممين إنشاء نماذج ثلاثية الأبعاد باستخدام البيانات الرقمية
في نفس العام ، أنتجت اول آلة بالليزر والتي تقوم بإطلاق الليزر عند مسحوق بدلاً من سائل
كانت هذه التقنيات في مهدها ولم تكن مثالية ؛ كان هناك بعض الالتواء وكانت الآلات باهظة الثمن مثلها مثل كل التقنيات تبدأ صغيرة و باهظة ثم تتطور الي ان تصبح قابلة للشراء بواسطة الأفراد
1999
أول جهاز مطبوع ثلاثي الأبعاد تم زرعه في البشر. قام العلماء في معهد ويك فورست للطب التجديدي بطباعة سقالات اصطناعية للمثانة البشرية ثم قاموا بتغليفها بخلايا المرضى من البشر. ثم تم زرع الأنسجة الحديثة في المرضى ، مع فرصة ضئيلة أو معدومة أن ترفضها أجهزتهم المناعية ، لأنها مصنوعة من خلاياهم الخاصة.
وبعد عشرة سنوات تمكن العلماء من صناعة اطراف صناعية و اوعية دموية من الخلايا البشرية
بحلول منتصف العقد الأول من القرن الحادي والعشرين أول آلة قابلة للتطبيق تجاريا مما فتح الباب امام الشركات في التصنيع عند الطلب
اليوم في حين انخفض سعر الطابعات ثلاثية الأبعاد بسرعة وتحسنت دقة الطباعة ثلاثية الأبعاد ، يدفع المبتكرون بالتقنية بطرق لم يحلم بها تشارلز هال إلا. لم يعد المصممون يقتصرون على الطباعة بالبلاستيك
تُستخدم الطباعة ثلاثية الأبعاد الآن لتصنيع مساكن بأسعار معقولة للعالم النامي ، وقد بدأ أصحاب البصيرة في استخدام التكنولوجيا لطباعة كل شيء بدءًا من الأذرع الروبوتية الذكية ، واستبدال العظام ، وحتى الجسيمات التي يبلغ سمكها القليل من الذرات
بعد ان عرفنا تاريخ الطباعة ثلاثية الأبعاد يجب علينا التحدث عن
طريقة عملها
في الثمانينيات. كان في هذا التصميم ، تتم طباعة النموذج على لوح أساس يتحرك في الاتجاهات الأفقية ، بينما يتحرك رأس الطباعة والفوهة في الاتجاه الرأسي تأتي المواد الخام للطباعة من قضيب بلاستيكي في شكل ذائب بواسطة رأس الطباعة. يتم تنظيم عملية التسخين بعناية بواسطة مزدوج حراري متصل بجهاز تحكم في درجة الحرارة يتم بثق البلاستيك القضيب باستخدام الهواء المضغوط من الخزان الكبير والضاغط على اليمين ، لقد تغيرت الأشياء قليلاً منذ ذلك الحين ، ولكن المبدأ الأساسي لا يزال كما هو.الطابعة ثلاثية الأبعاد النموذجية تشبه إلى حد كبير طابعة نفث الحبر التي تعمل من جهاز كمبيوتر. إنها تبني طبقة ثلاثية الأبعاد نموذج واحد في كل مرة ، من الأسفل إلى الأعلى ، من خلال الطباعة بشكل متكرر فوق نفس المنطقة في طريقة تعرف باسم النمذجة الترسيبية المدمجة تعمل الطابعة تلقائيًا بشكل كامل ، وتقوم بإنشاء نموذج على مدى ساعات من خلال تحويل رسم ثلاثي الأبعاد إلى الكثير من طبقات مستعرضة ثنائية الأبعاد - فصل المطبوعات ثنائية الأبعاد بشكل فعال والتي تتواجد فوق بعضها البعض ، ولكن بدون الورق بينهما . فبدلاً من استخدام الحبر ، الذي لن يتراكم على الإطلاق إلى حجم كبير ، تودع الطابعة طبقات من البلاستيك أو المسحوق المنصهر وتدمجها معًا
تعمل الطابعة ثلاثية الأبعاد بشكل أساسي عن طريق بثق البلاستيك المنصهر من خلال فوهة صغيرة تتحرك بشكل دقيق تحت تحكم الكمبيوتر. تطبع طبقة واحدة ، تنتظر حتى تجف ، ثم تطبع الطبقة التالية في الأعلى. اعتمادًا على جودة الطابعة
عندما نتحدث عن البلاستيك فستعرف أن هناك العديد من أنواع البلاستيك ، وكلها مختلفة ، كيميائيًا (في تركيبها الجزيئي) وفيزيائيًا (في الطريقة التي يتصرفون بها تجاه الحرارة والضوء وما إلى ذلك). ليس من المستغرب أن تستخدم الطابعات ثلاثية الأبعاد اللدائن الحرارية وهي المواد البلاستيكية التي تذوب عند تسخينها وتتحول إلى مادة صلبة عند تبريدها مرة أخرى ، وتسمى عادةً
ABS (أكريلونيتريل بوتادين ستايرين)
فهذه المادة مثالية للطباعة ثلاثية الأبعاد لأنها صلبة في درجات حرارة الغرفة وتذوب عند درجة حرارة تزيد قليلاً عن 100 درجة مئوية ، وهي باردة بما يكفي لتذوب داخل الطابعة دون الكثير من الحرارة والساخنةكما يمكن صنفرته بسلاسة أو طلائه وهي خاصية أخرى مفيدة حيث أنه مصفر في شكله الخام ، ولكن يمكن إضافة أصباغ له
لا تحتاج الطباعة ثلاثية الأبعاد للبلاستيك من الناحية النظرية ، يمكنك طباعة الأشياء باستخدام أي مادة منصهرة تتجمد وتثبت بسرعة معقولة فطابعة طعام ثلاثية الأبعاد نموذجية يمكنها طباعة الطعام باستخدام الشوكولاتة
المنصهرة
برامج الطباعة ثلاثية الأبعاد
تتصل الطباعة ثلاثية الأبعاد ببرنامج ثلاثية الأبعاد لتسهيل إنشاء الأجسام المادية الفعلية. تأخذ الطابعات ثلاثية الأبعاد الإرشادات من برنامج الطباعة ثلاثية الأبعادهناك العديد من البرامج والمنصات المجانية تمامًا للاستخدام. بعضها عبارة عن أدوات مفتوحة المصدر عبر الأنظمة الأساسية ، بينما البعض الآخر عبارة عن حلول قائمة على السحابة
Ultimaker Cura
هو برنامج مجاني يوفر للمستخدمين التكامل السلس بين نظامها الأساسي وطابعة ثلاثية الأبعاد. يوفر وضعًا موصى به للمستخدمين الجدد في برامج الطباعة ثلاثية الأبعاد ، مما يجعله أداة رائعة للمبتدئين. على الجانب الآخر ، إذا كنت مستخدمًا يرغب في التخصيص الكامل للمنتج النهائي كما لدى كورا منحنى تعلم سريع للغاية ومن السهل جدًا البدء في هذا البرنامج ، حتى إذا لم تكن قد استخدمت أداة تقطيع ثلاثية الأبعاد من قبل. القدرة على إضافة مواد وطابعات مخصصة بسهولة إلى المكتبة الواسعة بالفعل رائعة. قد يبدو الأمر بسيطًا للغاية ، ولكن القدرة على تحميل الملفات مباشرةً إلى بطاقة ذاكرة التي تم اكتشافها تلقائيًا ثم المطالبة بإخراجها داخل التطبيق أمر رائع
TinkerCAD
هو أداة تصميم ونمذجة ثلاثية الأبعاد مجانية تعتمد على المستعرض. مع واجهة بسيطة وبديهية ، هو برنامج رائع للمبتدئين. يمكن للمستخدمين تصميم نماذج بسيطة أو معقدة باستخدام الأشكال وتجميع الأشكال، الواجهة سهلة الاستخدام حقًا ، مما يتيح للمستخدم القيام بمجموعة كبيرة من الاحتمالات دون أي جهد. البرنامج بسيط للغاية. تحتاج فقط بضعة أيام لتعتاد عليه
Meshlab
هو نظام مفتوح المصدر لمعالجة وتحرير الشبكات الثلاثية الأبعاد ثلاثية الأبعاد. يوفر هذا البرنامج أدوات لتحرير الشبكات وعرضها وتركيبها وتحويلها. تتيح وظائف التحرير الخاصة به للمستخدمين إعادة تصميم النماذج ثلاثية الأبعاد وتسهيل تقسيم التصميم وإعداده للطباعة ثلاثية الأبعاد
Meshmixer
هناك أدوات بسيطة للمستخدمين المبتدئين ، فإن بعض الميزات مخصصة للمصممين ذوي الخبرة. من الأمثلة على ذلك ميزة التصميم متعدد المواد في النظام الأساسي ، والتي تتيح للمستخدمين إنشاء كائنات بمواد متعددة
يأتي مع أدوات سحرية مثل تجويف وإصلاح الكائنات المصممة ثلاثية الأبعاد للطباعة ثلاثية الأبعاد. يمكنك أيضًا استخدامه كقطاعة للطباعة ثلاثية الأبعاد
Repetier-Host
هو حل طباعة ثلاثي الأبعاد شامل، يمكنك عرض التغييرات الضرورية مع معاينة الطباعة في الواجهة. يمكن للمستخدمين أيضًا تكرار أكبر عدد ممكن من النماذج التي يمكن احتواؤها على الواجهة في وقت واحد ، مما يسمح بالطباعة بسهولة متعددة الأجزاء
تطبيقات الطباعة ثلاثية الأبعاد في الصناعة
البناياتيقوم الناس بالفعل بإنشاء مبانٍ باستخدام طابعات ثلاثية الأبعاد ، ولكن عادةً عن طريق طباعة قطع من المبنى ستتم طباعتها جميعًا دفعة واحدة ، بالطريقة التي تتم بها مشاريع الطباعة ثلاثية الأبعاد الأصغر ، باستخدام طابعة ثلاثية الأبعاد كبيرة جدًا جدًا
خشب
لا يمكنك إذابة الخشب تمامًا وتحويله إلى مادة سائلة ، ولكن PLA يمكنك القيام بما فعلته الشركة أعلاه وخلط قاعدة
البوليمر مع غبار الخشب للحصول على هذا المظهر الرائع.
يمكننا التفكير في الكثير من التطبيقات الرائعة للمشاريع ثلاثية الأبعاد القائمة على الخشب
الأحذية
الأحذية المطبوعة ثلاثية الأبعاد. تسهّل الطباعة ثلاثية الأبعاد تخصيص التصميمات بشكل أسهل وأرخص ، مما يعني أن قدميك مهما كان حجمها او شكلها تمتلك ما يناسبها
سيراميك والخزف
هناك العديد من الطابعات المخصصة لتصنيع الخزف والسراميك
تطبيقات الطباعة ثلاثية الأبعاد في الطب
في المجال الطبي لديها أربعة تطبيقات رئيسية. اكتشف كيف يمكن استخدام هذه التكنولوجيا لاستبدال عمليات زرع الأعضاء البشرية ، وتسريع الإجراءات الجراحية ، وإنتاج نسخ أرخص من الأدوات الجراحية المطلوبة ، وتحسين حياة أولئك الذين يعتمدون على الأطراف الاصطناعيةالطباعة ثلاثية الأبعاد للأدوات الجراحية
يمكن إنتاج أدوات جراحية معقمة ، مثل ملقط ، مرقئ ، مقابض ومشرط ، باستخدام طابعات ثلاثية الأبعاد.
لا تنتج الطباعة ثلاثية الأبعاد أدوات معقمة فحسب بل يمكن جعلها صغيرة جدًا. مما يمكن من استخدامها للعمل في مناطق صغيرة دون التسبب في ضرر إضافي غير ضروري للمريض.
الأطراف الاصطناعية المخصصة باستخدام الطباعة ثلاثية الأبعاد
يمكن استخدام الطباعة ثلاثية الأبعاد في المجال الطبي لإنتاج أطراف اصطناعية يتم تخصيصها لتتناسب وتناسب مرتديها. من الشائع أن ينتظر المبتورون أسابيع أو أشهر لتلقي الأطراف الصناعية من خلال الطريق التقليدي ؛ فإن الطباعة ثلاثية الأبعاد تسرع العملية بشكل كبير ، بالإضافة إلى إنشاء منتجات أرخص بكثير تقدم للمرضى نفس الوظائف مثل الأطراف الصناعية المصنعة تقليديًا
إن انخفاض سعر هذه المنتجات يجعلها قابلة للتطبيق بشكل خاص للاستخدام مع الأطفال ، الذين يتفوقون بسرعة على أطرافهم الاصطناعية ويجعلهم في حاجة دائمة للأطراف الصناعية
الأنسجة الحيوية والعضويات
يعد الطباعة الحيوية أحد أنواع الطباعة الثلاثية الأبعاد المستخدمة في مجال الأجهزة الطبية. بدلاً من الطباعة باستخدام البلاستيك أو المعدن ، تستخدم الطابعات الحيوية ماصة موجهة بالكمبيوتر لطبقة الخلايا الحية ، يشار إليها بالحبر الحيوي ، فوق بعضها البعض لإنشاء أنسجة حية اصطناعية في المختبر
إعداد الجراحة بمساعدة استخدام نماذج مطبوعة ثلاثية الأبعاد
تطبيق آخر للطباعة ثلاثية الأبعاد في المجال الطبي هو إنشاء نسخ طبق الأصل للأعضاء الخاصة بالمريض والتي يمكن للجراحين استخدامها لممارستها قبل إجراء العمليات المعقدة. وقد ثبت أن هذه التقنية تعمل على تسريع الإجراءات وتقليل صدمة المرضى.
تم تنفيذ هذا النوع من الإجراءات بنجاح في العمليات الجراحية التي تتراوح من عملية زرع الوجه الكامل إلى عمليات العمود الفقري وبدأت تصبح ممارسة روتينيةتم استخدام الطباعة ثلاثية الأبعاد لإنشاء نسخ طبق الأصل من الأعضاء الخاصة بالمريض والتي يمكن للجراحين استخدامها للتدريب كما يتم استعمالها في البحوث العلمية
مزايا الطباعة ثلاثية الأبعاد
تقليل التكاليفتكاليف الماكينة والمواد والعمالة أقل
بالنسبة لأية شركة ، يعد تقليل التكاليف أمرًا مهمًا ومن مزايا الطباعة ثلاثية الأبعاد أنها ستساعد في خفض هذه التكاليف. تنقسم تكاليف التصنيع إلى ثلاث فئات مختلفة تعرف باسم: تكاليف تشغيل الماكينة وتكاليف العمالة وتكاليف المواد تكاليف الجهاز: تلعب تكاليف تشغيل الماكينة دورًا صغيرًا جدًا في التكلفة الإجمالية لعملية التصنيع. في حين أن الطاقة المطلوبة لإنشاء أجزاء في بيئة صناعية يمكن أن تكون عالية ، فإن القدرة على تطوير وإنشاء أجزاء ومنتجات معقدة في خطوة واحدة تخلق مستوى متزايدًا من الكفاءة وتوفر في الوقت المناسب. لذلك ، يتم تعويض تكلفة تشغيل الآلات بالوفورات التي تحققت أثناء عملية التصنيع تكاليف العمالة:
واحدة من النقاط الجيدة للطباعة ثلاثية الأبعاد هي حقيقة أن تكاليف العمالة تظل منخفضة. على عكس التصنيع التقليدي حيث قد يُطلب من أشخاص مختلفين تشغيل عدد من الآلات المختلفة أو مطلوب خط إنتاج لتجميع المنتج معًا. ستتطلب كل طابعة ثلاثية الأبعاد عامل تشغيل لبدء الماكينة وبدء العملية التلقائية لإنشاء التصميم الذي تم تحميله. لذلك ، فإن تكاليف العمالة أقل بكثير مثل التصنيع التقليدي تكاليف المواد: يتزايد نطاق المواد المستخدمة في الطباعة ثلاثية الأبعاد ، مما يجعل من الممكن أن ينخفض السعر على مدى السنوات الماضية.
نفايات أقل وأكثر عناية بالبيئة
عملية التصنيع التقليدية هي في الغالب عملية طرح ، حيث يتم إهدار المواد الخام وإعادة استخدامها مرارًا وتكرارًا ، مما يؤدي إلى ارتفاع التكاليف والنفايات. ميزة الطباعة ثلاثية الأبعاد هي الطريقة الفريدة التي يبني بها المنتج مع القليل من النفايات ، وهذا ما يسمى التصنيع الإضافي. في حين أن الطرق الأكثر تقليدية ستحتوي على نفايات يمكن إعادة استخدامها أو إعادة تدويرها ، إلا أنها لا تزال تستغرق وقتًا وجهدًا لتحديد كيف ومتى سيتم استخدام النفايات. وهذا يجعل الطباعة ثلاثية الأبعاد خيارًا صديقا للبيئة للغاية
تقليل الوقت
نحن نعيش في عالم يسير بخطى سريعة حيث كل شيء مطلوب بسرعة وهكذا ، حيث يمكن للطباعة ثلاثية الأبعاد أن تحدث فرقًا. تتمثل إحدى المزايا الكبيرة للطباعة ثلاثية الأبعاد في أنه يمكن تصنيع الأجزاء والمنتجات بشكل أسرع بكثير من الطرق التقليدية.
اختبار السوق
يتطلب فهم ما إذا كان المنتج سيحقق نجاحًا الكثير من البحث ، لا سيما فيما يتعلق بأساليب التصنيع التقليدية. ومع ذلك ، فإن إنشاء نموذج أولي من خلال الطباعة ثلاثية الأبعاد سيجعل من الممكن للشركات الحصول على تعليقات من المشترين والمستثمرين المحتملين بطريقة لم تتحقق من قبل. يمكن تخصيص المنتج وتعديله حتى آخر دقيقة وهو أمر لا تقدمه طرق التصنيع التقليدية. هذا يعني أن الطباعة ثلاثية الأبعاد تقدم طريقة فريدة وقيمة لتحديد ما إذا كان المنتج لديه القدرة على الوصول إلى السوق والنجاح في نفس الوقت.
الإنتاج حسب الطلب
تعد القدرة على الحصول على الحرية الكاملة في التصميم ميزة كبيرة للطباعة ثلاثية الأبعاد. كما أنها تمكن المصممين من تخصيص التصاميم. نظرًا لأن الطباعة ثلاثية الأبعاد مثالية للإنتاج لمرة واحدة وبناء أجزاء واحدة في عملية واحدة ، فهذا يعني أن القدرة على التخصيص متاحة للاستفادة منها. لذلك ، تبنت العديد من الصناعات مثل الطب وطب الأسنان الطباعة والتصميم ثلاثي الأبعاد بسبب القدرة على إنشاء غرسات ومساعدات مخصصة. في الواقع ، يمكن إنشاء معدات رياضية لتناسب الرياضيين ، وبالتالي ، يمكن إنشاء أجزاء مخصصة لشخص معين بطريقة لم يسبق لها مثيل.
والكثير الكثير من المميزات الاخري التي لا يسعنا ذكرها جميعا
عيوب الطباعة ثلاثية الأبعاد
فقدان الوظائف التصنيعيةكما ذكرنا في مزايا الطباعة ثلاثية الأبعاد ، يمكن للتكنولوجيا أن تصمم منتجات ونماذج أولية في غضون ساعات لأنها تستخدم خطوة واحدة فقط. يزيل الكثير من المراحل التي يتم استخدامها في التصنيع التقليدي. نتيجة لذلك لا يتطلب الكثير من تكلفة العمالة. على هذا النحو ، قد يقلل اعتماد الطباعة ثلاثية الأبعاد من مهام التصنيع. بالنسبة للبلدان التي تعتمد على عدد كبير من الوظائف منخفضة المهارة ، يمكن أن يؤثر الانخفاض في وظائف التصنيع بشكل كبير على الاقتصاد
المهارة الخاصة المطلوبة للنماذج ثلاثية الأبعاد
الطباعة ثلاثية الأبعاد تتطلب معرفة ببعض الاشياء كالتصميم والتعامل مع التكنولوجيا