الطباعة ثلاثية الابعاد

يعيش العالم منذ خمسينيات القرن المنصرم وحتى اليوم، ثورة تقنية غير مسبوقة وآخذة في التسارع بصورة لم تشهدها الحضارة البشرية في أي من عصور ازدهارها، فمنذ انطلاق الخطوات الأولى لعالم الحوسبة الآلية، ومع تطورها الذي لم يتوقف حتى الآن، انطلقت عدة تقنيات مصاحبة لم تشكل العالم على الصورة التي نراه عليها اليوم فقط، بل رسمت ملامح مستقبل ينتظرنا مفتوح على كل الاحتمالات المتعلقة بالتطور التقني، فأجهزة الحاسوب أصبحت بحجم كف اليد، والتواصل أصبح عابرًا للفضاء، والسيارات أصبحت قادرة على قيادة نفسها، وأصبحت الطباعة ثلاثية الابعاد.

وهذا التطور الأخير الذي انطلق ليشمل مجالات عدة بدايةً من تصنيع ألعاب الأطفال، مرورًا ببناء المساكن الجاهزة، وصولًا لاستخدام الخلايا البشرية في طباعة الأعضاء الحيوية، هو ما نستكشف عالمه بالتفصيل في هذه الدراسة التي نقدمها لكم في حلقات مسلسلة تبدأ من اليوم.

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 (تصنيع) 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.

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.

يوجد ثلاث أنواع من الطابعات ثلاثية اﻷبعاد

١) الطابعات الضوئية مثل الطابعات التي تعمل عبر تقنيات SLA , DLP

٢) طابعات الليزر مثل الطابعات التي تعمل عبر تقنيات SLS , SLM

٣) طابعات الثرموبلاستيك أو البناء بالترسيب المنصهر(FDM) (وهي اﻷكثر انتشاراً )

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 و من أشهر برامج التصميم ثلاثي اﻷبعاد ومفتوحة المصدر وتعمل على أي نظام تشغيل:

١) بلندر Blender

٢) أوبن إس كاد OpenSCAD

٣) تينكر كاد(موقع ويب من تطوير أوتو ديسك) Tinkercad

بعد الانتهاء من التصميم يتم حفظ الملف بصيغة (.Stl ) وهي الصيغة المدعومة في الطباعة ثلاثية اﻷبعاد.

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

thingiverse

ثانيا : تحويل التصميم إلى كود تفهمه الطابعة (جي كودG 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 هذة الأوامر :

١) درجة حرارة انصهار المادة الخام وهي تختلف من مادة ﻷخرى

٢) سمك الطبقة الواحدة واتجاهات المحركات لرسم الطبقة

٣) عدد الطبقات المستخدمة وطريقة ملئ الطبقات البينية

٤) كمية المادة الخام المستخدمة

٥) حجم المجسم وعدد النسخ المطلوبة

٦) سرعة الطباعة

من أشهر البرامج مفتوحة المصدر وتعمل على أي نظام تشغيل و تحول التصميم إلى الجي كود بخطوة بسيطة جدا وسريعة:

١) slic3r

٢) cura

٣) kisslicer

ثالثا : 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 و ورفعه إلى بطاقة الذاكرة

رابعا : 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.

خامسا : تشطيب الطباعة

غالبا 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:

١) التخصيص : أهم ما يميز تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد هو التخصيص بمعنى أنك تنتج كل شيء بالشكل الذي تريده أنت وبالتعديل الذي يناسبك.

٢) إنتاج مركبات أكثر تعقيدا:باستخدام طريقة الطبقات الصغيرة يمكن إنتاج مركبات معقدة جدا لا يمكن إنتاجها بالطرق الصناعية التقليدية.

٣) توفير الوقت والجهد : يمكنك تصنيع منتجك بضغطة زر فقط بدلاً من الصناعة بواسطة القوالب واﻵلات والأيدي العاملة ذات الخبرة.

تطبيقات الطباعة ثلاثية اﻷبعاد واستخداماتها:

أولاً: في مجال الطب

أصبحت الطباعة ثلاثية اﻷبعاد تستخدم بكثرة في مجال الطب من خلال

ساعد عمل تصميم لقلب الطفلة إلى صحة وسرعة تشخيصها مم ساهم في إنفاد حياتها

1) التشخيص

فبعد اﻷشعة التليفزيونية والرنين والموجات الصوتية اﻵن تستخدم الطباعة ثلاثية اﻷبعاد في طباعة الجزء المصاب ليتحول إلى مجسم ملموس وتشخيص اﻷمراض اﻷكثر تعقيدا مثل السرطانات.

طباعة اﻷجنة البشرية بالطابعة ثلاثية اﻷبعاد

أيضا في علم اﻷجنة يتم اﻵن طباعة الجنين للكشف الدقيق والكشف المبكر عن التشوهات

ذراع صناعية قليلة التكلفة باستخدام الطباعة ثلاثية اﻷبعاد

أعضاء بشرية هلامية مطبوعة بالطباعة ثلاثية اﻷبعاد

2) اﻷجهزة التعويضية واﻷطراف الصناعية

يمكن تصنيع أطراف صناعية وأجهزة تعويضية أقل تكلفة من الطرق التقليدية ما يمكن استبدال العظام التالفة والمتآكلة وكذلك المفاصل

موديل للقلب مطبوع بالطباعة ثلاثية اﻷبعاد

3) التعلم

حيث يتم صناعة نماذج مماثلة تماما للجسم البشري للدراسة عليها

4) صناعة اﻷجهزة الطبية

تستخدم أيضا الطباعة ثلاثية اﻷبعاد في صناعة اﻷدوات الجراحية واﻹلكترونيات الطبية

ثانياً: في مجال الروبوتات واﻹلكترونيات

روبوت مطبوع بالطباعة ثلاثية اﻷبعاد

لاب توب مطبوع بالطباعة ثلاثية اﻷبعاد

لا مزيد من الدوائر المكشوفة بعد اليوم فبفضل الطباعة ثلاثية اﻷبعاد يمكن تصميم هياكل جميلة للروبوتات والإلكترونيات بكل سهولة وبما يناسبك.

ثالثاً: في مجال النماذج الاختبارية

نموذج لمبنى مطبوع بالطباعة ثلاثية اﻷبعاد

يستخدم المعماريون اليوم الطباعة ثلاثية اﻷبعاد في تصنيع نماذج مصغرة لمشاريعهم اﻹنشائية. يعتبر تصميم نموذج للاختبار والتجربة من اﻷشياء المهمة جدا في تطوير جميع الصناعات.

رابعاً: في مجال اﻷحذية والملابس

حذاء مطبوع بالطباعة ثلاثية اﻷبعاد

تستخدم مواد خام معينة ومرنة في صناعة الملابس ثلاثية اﻷبعاد كما يمكنك طباعة الحذاء الذي تريد وأنت في منزلك.

خامساً: في مجال السيارات

سيارة مطبوعة بالطباعة ثلاثية اﻷبعاد

تستخدم الطباعة ثلاثية اﻷبعاد اﻵن في صناعة هياكل السيارات بشكل تجريبي.

سادساً: في مجال المجوهرات والأكسسوارات

أكسسوارات من البلاستيك مطبوعة بالطباعة ثلاثية اﻷبعاد

خاتم ذهب مطبوع بالطباعة ثلاثية اﻷبعاد

يستخدم الذهب اﻵن كمادة خام للطابعة فما أروع المجوهرات والأكسسوارات المصنوعة بالطباعة ثلاثية اﻷبعاد

سابعاً: في مجال الفن

تحفة فنية مطبوعة بالطباعة ثلاثية اﻷبعاد

اﻵن تصنع أفخم التحف والمعقدة جدا باستخدام الطباعة ثلاثية اﻷبعاد

ثامناً: في مجال الفضاء

طباعة قطع غيار في الفضاء باستخدام الطباعة ثلاثية اﻷبعاد

يستخدم رواد الفضاء طابعة ثلاثية اﻷبعاد ﻹنتاج قطع غيار للمركبات الفضائية

تاسعاً: في مجال التعليم

تروس ميكانيكية مطبوعة بالطباعة ثلاثية اﻷبعاد

تستخدم الطباعة ثلاثية اﻷبعاد في صناعة نماذج للدراسة مما يسهل تعلم كثير من العلوم مثل التركيب والتفاعلات الكيميائية والميكانيكا والتشريح

عاشراً: في مجال صناعة ألعاب اﻷطفال

لعبة أطفال سيارة مطبوعة بالطباعة ثلاثية اﻷبعاد

من أسهل وأمتع تطبيقات الطباعة ثلاثية اﻷبعاد أن تصنع لعبة لطفلك بنفسك بضغطة زر

أخيراً: في مجال اﻷغذية

غذاء مطبوع بالطباعة ثلاثية اﻷبعاد

للتحكم في نسب المكونات والشكل الجمالي.

وفي النهاية المجال مفتوح أمامك للابتكار لا حدود لتطبيقات الطباعة ثلاثية اﻷبعاد سوى مخيلتك.

طابعة ريب راب مفتوحة المصدر:

طابعة ريب راب مفتوحة المصدر

مفتوحة المصدر يعني أن تصميمها متاح للجميع ونسخها متاح للجميع وبشكل قانوني وتستخدم مكونات هارد وير و برامج سوفت وير مفتوحة المصدر فهي طابعة تمكنك من طباعة جزء كبير جدا من مكوناتها بنفسها.

طابعات عربية

بالطبع المجال مازال في البداية في وطننا العربي لكن هناك بعض النماذج الناجحة والتي تحتاج إلى تشجيع:

طابعة أتوم مفتوحة المصدر