تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد هي تقنية تصنيع ثورية تقلب طرق التصنيع التقليدية. إنها تقنية تصنيع ثورية¨ ، تُعرف أيضًا باسم "التصنيع الإضافي". تركز هذه المقالة على عدة جوانب من مواد الطباعة ثلاثية الأبعاد والبحث في تطوير مواد وتقنيات الطباعة ثلاثية الأبعاد.
مبادئ الطباعة ثلاثية الأبعاد
المبادئ الأساسية للطباعة ثلاثية الأبعاد هي: تصفيح الطبقات الرقمية. التصفيح المادي ، حيث يتم إنشاء نموذج رقمي للكائن المراد طباعته أولاً ويتم تنفيذ الطبقات الرقمية للحصول على مسار أو مسار معالجة ثنائي الأبعاد لكل طبقة. ثم يتم اختيار مادة مناسبة ويتم تطبيق العملية المقابلة على كل طبقة. بعد ذلك ، يتم تحديد المادة المناسبة والعملية المقابلة ، ويتم طباعة الكائن المطبوع طبقة تلو طبقة ، مدفوعًا بالمسار الرقمي ثنائي الأبعاد طبقة تلو الأخرى المذكور أعلاه. يتم إنتاج الكائن النهائي بشكل تراكمي.
بفضل مرونتها العالية في المعالجة والاستجابة السريعة للسوق ، أصبحت تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد راسخة في مجالات النمذجة الصناعية والتعبئة والتصنيع والهندسة المعمارية والفن والطب والطيران والفضاء والأفلام.
يوجد حاليًا ما يقرب من 20 نظامًا مختلفًا للعمليات في مجال الطباعة ثلاثية الأبعاد ، من بينها ست عمليات نموذجية وأكثر نضجًا هي جهاز الطباعة الحجرية المجسمة (SLA) ، وتصنيع الكائنات المصفحة (LOM) ، ونمذجة الترسيب المنصهر ، و FDM ، وتلبيد الليزر الانتقائي ، و SLS ، ذوبان الليزر الانتقائي ، SLM) ، والطباعة ثلاثية الأبعاد واللصق ، 3DP.
على الرغم من أن مبادئ عمليات الطباعة ثلاثية الأبعاد الست هذه هي نفسها ، إلا أن خصائص كل منها وتطبيقاتها المحددة تختلف بسبب مواد الطباعة المختلفة المستخدمة. تعد مواد الطباعة حاليًا موضوعًا ساخنًا للبحث في الطباعة ثلاثية الأبعاد. ويمثل عنق الزجاجة في مواصلة تطوير وتطبيق عمليات الطباعة ثلاثية الأبعاد. تسلط الورقة الضوء أيضًا على أن مواد الطباعة تشكل عنق الزجاجة في مواصلة تطوير وتطبيق عمليات الطباعة ثلاثية الأبعاد.
تقنيات ومواد الطباعة ثلاثية الأبعاد
جيش تحرير السودان
تم تسجيل براءة اختراع عملية SLA في الولايات المتحدة الأمريكية بواسطة Charles Hull في عام 1984 وتم تسويقها بواسطة 3D Systems ، وهي الآن معترف بها كواحدة من أكثر طرق الطباعة ثلاثية الأبعاد التي تم بحثها جيدًا وأقدمها استخدامًا في العالم.
المواد المتاحة حاليًا لهذه العملية هي راتنجات سائلة حساسة للضوء ، أي راتنجات حساسة للضوء. يشتمل هذا النوع من مادة الراتينج الحساسة للضوء بشكل أساسي على zwitterion ومخفف تفاعلي وبادئ.
LOM
قدم Michael Feygin عملية LOM في عام 1984 ، والتي تعد بشكل عام أكثر ملاءمة من SLA لتصنيع الأجزاء الكبيرة ، خاصة لصناعة السيارات ، وتستخدم الآن في كثير من الأحيان في الطباعة ثلاثية الأبعاد الصينية في القطاع الصناعي.
تتضمن مواد الطباعة في عملية LOM ثلاثة جوانب ، وهي مادة الطبقة الرقيقة والرابط وعملية الطلاء. يمكن تقسيم مادة الطبقة الرقيقة إلى ورق ، فيلم بلاستيكي ، رقائق معدنية ، إلخ ، في الغالب ورق غير مكلف ؛ والمادة اللاصقة هي بشكل عام مادة لاصقة تذوب بالحرارة. يعتمد اختيار المادة الورقية وتكوين المادة اللاصقة الذائبة الساخنة وعملية الطلاء على ضمان جودة جزء النموذج الأولي النهائي ، مع مراعاة التكلفة.
FDM
تُستخدم عملية FDM على نطاق واسع مع نظام التصنيع FDM الذي طورته شركة Stratasys الأمريكية.
المواد المتاحة حاليًا لهذه العملية هي بشكل أساسي مواد ذات درجة انصهار منخفضة يسهل صهرها. تتمثل العملية العامة في تغذية المادة الفتيلية من خلال بكرات التغذية إلى العملية العامة وهي أن المادة الفتيلية يتم تسخينها في تجويف الفوهة بواسطة بكرة تغذية.
SLS
تم تطوير عملية SLS ، المعروفة أيضًا باسم عملية تلبيد المنطقة المختارة بالليزر ، بواسطة Dechard في جامعة تكساس في Orting في عام 1989. وبناءً على هذه المادة ، تم أيضًا تقديم نظام المعالجة بالليزر المباشر للمعادن DMLS في نفس الفئة مثل عملية SLS.
من حيث الشكل ، فإن المواد المستخدمة في عملية SLS هي أنواع مختلفة من المسحوق ، مثل مسحوق النايلون ، ومسحوق الزجاج المطلي بالنايلون ، ومسحوق البولي كربونات ، ومسحوق البولي أميد ، ومسحوق الشمع ، ومسحوق المعادن (غالبًا ما يخضع لإعادة التلبيد والنحاس بعد الطباعة) ، الرمل الناعم المطلي براتنج التصلد الحراري ، ومسحوق السيراميك المطلي بالشمع والمعدن المطلي بالشمع
فيما يتعلق بالمواد ، فإن عملية SLS ليست قادرة فقط على تشكيل مواد ذات نقطة انصهار منخفضة مثل البارافين والبلاستيك ، ولكن يمكنها أيضًا تشكيل المعادن بشكل مباشر بما في ذلك الفولاذ المقاوم للصدأ ، وحتى المواد ذات نقطة الانصهار العالية مثل السيراميك. إن عملية SLS ليست قادرة فقط على تشكيل مواد ذات درجة انصهار منخفضة مثل البارافين والبلاستيك ، ولكن أيضًا المعادن بما في ذلك الفولاذ المقاوم للصدأ وحتى المواد عالية نقطة الانصهار مثل السيراميك. تعد القدرة على طباعة أجزاء أو مكونات عالية القوة وعالية الصلابة من المواد المعدنية أو السيراميك أحد الأسباب التي تجعل عملية SLS تكتسب أرضية في الصناعة. هذا هو السبب الرئيسي وراء اكتساب عملية SLS الكثير من الاهتمام ولديها أكثر التطبيقات الواعدة في الصناعة. السبب الرئيسي وراء اكتساب عملية SLS الكثير من الاهتمام ولديها أكثر التطبيقات الواعدة.
SLM
استجابةً للعيوب المذكورة أعلاه لعملية SLS ، اقترح معهد Fraunholfer في ألمانيا في عام 1995 ، معهد Fraunholfer تقنية SLM ، والتي تستخدم أيضًا مبدأ المكدس الإضافي المنفصل. لا تتمتع هذه العملية بمزايا SLS فحسب ، بل تتميز أيضًا بكثافة عالية من المعدن المشكل وخصائص ميكانيكية جيدة. لا تتمتع هذه العملية بمزايا SLS فحسب ، بل تتميز أيضًا بكثافة عالية من المعدن المشكل وخصائص ميكانيكية جيدة. لقد أحدث ثورة في تصنيع الأجزاء المعدنية المعقدة.
تشمل مجموعة مواد SLM السبائك القائمة على الحديد والسبائك القائمة على النيكل وسبائك الألومنيوم وسبائك التيتانيوم.
تلعب السبائك القائمة على الحديد دورًا مهمًا في الهندسة ، وبالتالي فإن دراسة تشكيل الحديد SLM للمساحيق القائمة على الحديد كانت الأكثر دراسة على نطاق واسع ومكثف.
3DP
تم تطوير تقنية ومعدات 3DP من قبل معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT) في الولايات المتحدة ، باستخدام مواد مسحوقية مثل السيراميك والمعادن والبلاستيك ، والتي يتم رشها من خلال فوهة بمادة لاصقة "لطباعة" المقطع العرضي لـ الجزء الموجود على المادة.
يتم رش هذه المساحيق بفوهة "تطبع" جزء الجزء على مسحوق المواد. تشبه عملية الطباعة الطباعة الملونة على الورق ، ويمكن تحقيقها من خلال إعداد نظام فوهة وموثق ثلاثي الألوان للطباعة الملونة ثلاثية الأبعاد. لقد وجدت الطباعة ثلاثية الأبعاد للمشغولات الخزفية العديد من التطبيقات. تعد هذه العملية واحدة من أكثر عمليات الطباعة ثلاثية الأبعاد الواعدة بعد SLA و LOM و SLS و FDM ، حيث يتم استخدامها بشكل متزايد لبناء هياكل هندسة الأنسجة البيولوجية ".
حاليًا ، يتم استخدام ست عمليات طباعة ثلاثية الأبعاد في مجال الطباعة ثلاثية الأبعاد. تحتوي مواد الطباعة المستخدمة على نطاق واسع في النظام على أربعة أنواع رئيسية من حيث الشكل. مواد راتينج سائلة حساسة للضوء ، مواد رقيقة (ورق ، غشاء بلاستيكي) ، خيوط ذات نقطة انصهار منخفضة ومواد مسحوق ؛ من حيث التركيب ، فهي تغطي جميع أنواع المواد المستخدمة حاليًا في الإنتاج تقريبًا. تغطي التركيبة تقريبًا جميع أنواع المواد المستخدمة في الإنتاج ، بما في ذلك البلاستيك والراتنجات والشموع والبوليمرات الأخرى والمعادن والسبائك والسيراميك وما إلى ذلك. المعادن والسبائك ، السيراميك ، إلخ.
من خصائص الطباعة ثلاثية الأبعاد ، جنبًا إلى جنب مع متطلبات التطبيق المختلفة ، تطوير مواد طباعة جديدة ، وخاصة المواد النانوية ، والمواد غير المتجانسة ، والمواد المركبة التي يصعب إنتاجها بطرق أخرى ، والطباعة المباشرة لإنتاج أجزاء معدنية عالية الكثافة من مواد السبائك ومواد التدرج الوظيفي والمواد البيولوجية وما إلى ذلك ستكون اتجاه تطوير مواد الطباعة ثلاثية الأبعاد لتحسين الجودة باستمرار ؛ بالإضافة إلى ذلك ، لتعزيز تسلسل مواد الطباعة ثلاثية الأبعاد ، والتوحيد القياسي ، بالإضافة إلى تعزيز التسلسل والتوحيد القياسي والحماية الخضراء والبيئية لمواد الطباعة ثلاثية الأبعاد ، ومع مفهوم "الطباعة ثلاثية الأبعاد +" ، للتوسع المستمر في - التكامل العميق لتكنولوجيا الطباعة ثلاثية الأبعاد مع الصناعات التحويلية التقليدية سوف اتجاه التنمية للتوسع المستمر في إنتاج مواد الطباعة ثلاثية الأبعاد.