######################
الطباعة ثلاثية اﻷبعاد 3D Printing:
######################
ما هي الطباعة ثلاثية اﻷبعاد؟!!
الطباعة ثلاثية الأبعاد هي إحدى طرق التصنيع الحديثة (التصنيع بالإضافة) حيث يمكن تصنيع منتج ثلاثي اﻷبعاد مجسم وملموس من خلال تصميمه على الحاسوب ومن ثم طباعته (تصنيعه) بالطابعة ثلاثية اﻷبعاد. تتم عملية الطباعة عن طريق رص طبقات الخامة فوق بعضها البعض حتى يكتمل شكل الجسم المطلوب. يمكن للطابعة ثلاثية اﻷبعاد طباعة منتج معقد جداً وبخامات مختلفة وتستخدم في مجالات عديدة منها الطيران والفضاء والهندسة والطب والبناء والتعليم والترفيه مثل طباعة الطعام والإكسسوارات.
أصبحت الطابعة ثلاثية اﻷبعاد متاحة للاستخدام الشخصي ومتوفرة في اﻷسواق العالمية والعربية بأحجام مناسبة (تبدأ من ٤٠سم*٤٠سم*٤٠سم) وأسعار مقبولة تبدأ من 300 دولار أمريكي.
######################
أنواع الطابعات ثلاثية الأبعاد:
######################
يوجد ثلاث أنواع من الطابعات ثلاثية اﻷبعاد:
1- الطابعات الضوئية مثل الطابعات التي تعمل عبر تقنيات SLA, DLP.
2- طابعات الليزر مثل الطابعات التي تعمل عبر تقنيات SLS, SLM.
3- طابعات الثرموبلاستيك أو البناء بالترسيب المنصهر (FDM) (وهي اﻷكثر انتشاراً ).
######################
كيف تعمل الطابعة ثلاثية اﻷبعاد؟!!
######################
المبدأ العام في الطباعة ثلاثية الأبعاد واحد حيث أنه تتم عملية الطباعة من خلال رص طبقات المادة (الخامة) فوق بعضها البعض حتى يكتمل شكل الجسم المطلوب.
سنقوم بشرح خطوات الطباعة ثلاثية اﻷبعاد التي تعمل بالبناء بالترسيب المنصهر (طابعات الثرمو بلاستيك) لأنها الأكثر انتشاراً.
أولاً: تصميم المنتج:
يمكنك تصميم منتجك بأي برامج التصميم التي تريد ومن أشهر برامج التصميم ثلاثي اﻷبعاد ومفتوحة المصدر وتعمل على أي نظام تشغيل:
١) بلندر Blender.
٢) أوبن إس كاد OpenSCAD.
٣) تينكر كاد Tinkercad (موقع ويب من تطوير أوتو ديسك).
بعد الانتهاء من التصميم يتم حفظ الملف بصيغة (.Stl) وهي الصيغة المدعومة في الطباعة ثلاثية اﻷبعاد.
ملاحظة: لا تقلق إذا لم يكن لك خبرة في برامج التصميم أو حتى لا تعرفها أصلا فهناك الكثير من المواقع التي تتيح تحميل تصاميم جاهزة للطباعة مجانا، ومن أشهر هذة المواقع:
1- thingiverse
2- myminifactory
ثانياً: تحويل التصميم إلى كود تفهمه الطابعة (جي كود G Code):
الطابعة ثلاثية اﻷبعاد عبارة عن آلة ميكانيكية (هيكل ومحركات) متصلة بجزء إلكتروني (وهو المتحكم في حركة الآلة بالكامل) والتي لا تفهم معنى هذة التصاميم وهنا يأتي دور البرامج الوسيطة التي تحول التصميم إلى كود يفهمه المتحكم (الجزء الإلكتروني) وهو جي كود.
أهم مكونات الجي كود G Code:
الجي كود عبارة عن ملف يحتوي على جميع اﻷوامر التي ستنفذها الطابعة حتى تنتهي من تصنيع المنتج ومن أهم هذه الأوامر:
1- درجة حرارة انصهار المادة الخام وهي تختلف من مادة ﻷخرى.
2- سمك الطبقة الواحدة واتجاهات المحركات لرسم الطبقة.
3- عدد الطبقات المستخدمة وطريقة ملئ الطبقات البينية.
4- كمية المادة الخام المستخدمة.
5- حجم المجسم وعدد النسخ المطلوبة.
6- سرعة الطباعة.
من أشهر البرامج مفتوحة المصدر وتعمل على أي نظام تشغيل وتحول التصميم إلى الجي كود بخطوة بسيطة جدا وسريعة:
1- slic3r
2- cura
3- kisslicer
ثالثاً: تجهيز الطابعة وتحميل الجي كود إلى الطابعة:
يتم توصيل الطابعة بالحاسوب ونقل ملف الجي كود عن طريق برنامج برونترفيس Pronterface أو كيورا Cura وهو مسؤول عن التحكم في الطابعة أثناء التشغيل.
يتم تسخين الطابعة ﻹدخال المادة الخام (تكون غالباً على هيئة بكرة من الخيوط Filament)، ثم يتم ضبط نقطة البداية وتثبيت سطح الطباعة جيدا ويتم تحميل الجي كود في برنامج برونترفيس ورفعه إلى بطاقة الذاكرة.
رابعاً: عملية الطباعة نفسها:
تقوم الطابعة أولاً برسم وتحديد اﻹطار الذي ستعمل فيه ثم تقوم برسم وتكوين الطبقة اﻷولى ثم تملئ الطبقات التالية حتى تصل إلى الطبقة اﻷخيرة.
خامساً: تشطيب الطباعة:
غالباً مايكون هناك أخطاء بسيطة مثل عدم إلتصاق طبقتين أو تكون بعض الزوائد ويتم التغلب عليها باستخدام أداة قاطعة، يتم لصق اﻷجزاء المركبة في بعض اﻷحيان بالغراء.
في النهاية يمكن تلوين المنتج بألوان مختلفة عن المادة الخام.
######################
مميزات الطباعة ثلاثية الأبعاد:
######################
1- سهولة تعديل التصميم.
2- إمكانية نسخ التصميمات باستخدام نظام مسح ضوئي رقمي scanning للنموذج الأول بواسطة حاسوب ووب كام وسوفتوير خاص. وبعد ذلك يتم تحويل البيانات إلى منتج ثلاثي الأبعاد من المادة المختارة.
3- إمكانية الحصول على أجزاء كبيرة الحجم، الأجزاء البارزة، الأجزاء المتداخلة، والأجزاء المصنعة بزاوية أقل من 90 درجة والتي من الصعب أو المستحيل الحصول عليها بطرق التشكيل التقليدية.
4- نظام استرجاع متكامل للخامات.
5- توفير الوقت والجهد، حيث يمكنك تصنيع منتجك بضغطة زر فقط بدلاً من الصناعة بواسطة القوالب واﻵلات والأيدي العاملة ذات الخبرة.
6- لا توجد حدود لمدى تعقيد التصميم.
7- تتفوق طريقة الطباعة ثلاثية الأبعاد على طرق التشكيل التقليدية وذلك أن مكونات المنتج في طريقة الطباعة هذه، تنافس أداء مثيلاتها التي صنعت بطرق التشكيل التقليدية.
8- تكلفة أقل بالنسبة للأشكال المعقدة.
9- دورة إنتاج قصيرة جدا.
10- التخصيص، بمعنى أنك تنتج كل شيء بالشكل الذي تريده أنت وبالتعديل الذي يناسبك.
######################
تطبيقات ومجالات الطباعة ثلاثية اﻷبعاد واستخداماتها:
######################
1- في مجال الطب.
- التشخيص.
- اﻷجهزة التعويضية واﻷطراف الصناعية.
- التعلم.
- صناعة اﻷجهزة الطبية.
2- الروبوتات واﻹلكترونيات.
3- النماذج الاختبارية.
4- اﻷحذية والملابس.
5- السيارات.
6- المجوهرات والأكسسوارات.
7- الفن.
8- الفضاء.
9- التعليم.
10- صناعة ألعاب اﻷطفال.
11- اﻷغذية.
######################
5 معلومات يجب عليك معرفتها قبل شراء الطابعات ثلاثية الأبعاد:
######################
الطابعات ثلاثية الأبعاد مازالت حديثة العهد بالأسواق والاستخدام التجاري، لكن بالرغم من سوقها المحدود حاليًا إلا أن الكثيرين يرغبون في اقتناء واحدة مع مختلف الأهداف، فهناك من يرغب بتجربة التقنية وهناك من يريد الاستفادة منها في مكتبه الهندسي، وغيرها من الاستخدامات الممكنة لهذه التقنية. لكن قبل أن تختبر إمكانيات الطباعة ثلاثية الأبعاد يجب عليك معرفة بعض المعلومات المهمة:
1- الطابعات ثلاثية الأبعاد تحتاج إلى صور رقمية:
عملية الطباعة ثلاثية الأبعاد تتطلب التصوير الرقمي أولاً ومن ثم يتم تحويل هذه الصور إلى منتجات حقيقية، لذا إن كنت تنوي استخدام الطباعة ثلاثية الأبعاد في عملك يجب أن تتأكد من وجود شخص مبدع كفاية لتصميم هذه الصور الرقمية.
يتم تصميم الصور الرقمية عبر برامج النمذجة ثلاثية الأبعاد أو باستخدام الماسحات الضوئية ثلاثية الأبعاد، وتتفاوت الأسعار بين هذه وتلك لدرجة توفُّر بعضها بشكل مجاني مثل برنامج Blender للنمذجة ثلاثية الأبعاد. وفي الطبيعي تتم عملية الطباعة ثلاثية الأبعاد عبر تحضير الصور الرقمية ثم طباعتها وإنهائها.
2- الطابعات ثلاثية الأبعاد تستخدم تقنيات مختلفة:
جميع الطابعات ثلاثية الأبعاد الموجودة بالأسواق تتبع نفس المبادئ الأساسية لتقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد، لكن بالرغم من هذا فإنّها تختلف كثيرًا في التقنية التي تستخدمها كل طابعة لتنفيذ هذه المبادئ.
جميع الطابعات ثلاثية الأبعاد تستخدم تقنية الإضافة والتي من خلالها يتم إضافة طبقة فوق طبقة من المواد الخام للخروج بتصميم المنتج النهائي، لكن الاختلاف هنا يكمن في طريقة إضافة هذه الطبقات أثناء تنفيذ عملية الطباعة.
3- مواد الطباعة ثلاثية الأبعاد يمكن العثور عليها بسهولة:
تهدف الطباعة ثلاثية الأبعاد إلى الخروج بمنتجات نهائية حقيقية وملموسة، لهذا فإنّ المواد المستخدمة في العملية تتنوع ما بين البلاستيك إلى المطاط والمعادن والحجر الرملي والسبائك في بعض الأحيان.
بناء على نوع المنتج النهائي يمكنك تحديد نوع المواد التي ستدخل في عملية الطباعة، والتي يمكنك العثور عليها في الأسواق المحلية وإن لم تجدها محليًا يمكنك العثور عليها عالميًا.
4- منتجات الطابعات ثلاثية الأبعاد لديها قوة تحمُّل محدودة:
بالرغم من الإمكانيات الواسعة التي تقدمها تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد وطباعة كل شيء تقريبًا، إلا أن المنتج النهائي - بسبب قيود تقنية - لديه قوة تحمُّل أقل من العادي، ما يعني أنّ جودة المنتج النهائي لن تكون مماثلة للمنتجات التي يتم تصنيعها في المصانع وتستخدم فيها ماكينات مختلفة لكل جزء من عملية الإنتاج.
5- اشتريها حسب احتياجك:
كي تستثمر في طابعة ثلاثية الأبعاد يجب أن تُحدد المنتج الذي ترغب بطباعته أولاً، إذا كنت ترغب بإنتاج منتجات صغيرة يجب أن تختار طابعة صغيرة الحجم، والعكس صحيح في حالة احتياجك إلى منتج أكبر حجمًا، في النهاية عائد هذا الاستثمار سيتحدد حسب احتياجك ووفاء الطابعة لهذا الاحتياج.
وفي النهاية المجال مفتوح أمامك للابتكار، لا حدود لتطبيقات الطباعة ثلاثية اﻷبعاد سوى مخيلتك.
