لم تكن طباعة الأجسام الصلبة أمراً واضحاً أو مفهوماً لنا من 10 سنوات، كان الأمر أشبه بالحصول على خط إنتاج أو معمل على مكتبنا، الأمر الذي لم ولن نقدر عليه. 

لكن ومع تطور تكنولوجيا التصنيع والإلكترونيات ظهر نمط جديد من الطابعات المنزلية حتى، القادرة على طباعة أجسام ثلاثية الأبعاد، هكذا مثل طباعة الورق. 

ماهي هذه الطباعة إذاً؟

كثيرة هي تقنيات الطباعة الثلاثية الأبعاد، لكنها تشترك جميعاً في أمر جوهري واحد: 

إنتاج أجسام ذات أبعاد ثلاثية مبنية من شرائح رقيقة متوضعة فوق بعضها البعض، مشكلة بذلك جسماً ثلاثي الأبعاد. 

لنتخيل الأمر كصناعة الكعك، طبقة فوق أخرى للحصول على الكيك المثالي. 

يبدأ الأمر بتصميم ثلاثي الأبعاد…

كل مجسم ثلاثي الأبعاد مطبوع يبدأ بملف تصميم رقمي مصمم بواسطة برامج التصميم ثلاثية الأبعاد او عبر مسح التصميم ثلاثي الابعاد بواسطة ماسحة ضوئية خاصة. لتحويل هذا الملف الى اوامر تفهمها الطابعة ثلاثية الأبعاد , يقوم برنامج معين بتقطيع التصميم الى مئات أو الآف الشرائح الأفقية, بعد الحصول على هذه الشرئح وطباعتها الواحدة تلو الأخرى يتم دمجها مع بعضها لتكوين المجسم. 

الطابعات ثلاثية الابعاد الصناعية

قد لا ترى الطابعات ثلاثية الأبعاد على كثير من الأرفف في اسواق الكهرباء لكنها متوفرة في الاسوق منذ عقد من الزمن. تستخدم المصانع الطابعات ثلاثية الأبعاد منذ وقت طويل في عملية التصميم لتنتج نماذج  للمنتجات التي تصنعها. بدأت هذه العمليىة بالمصانع و كانت مكلفة وبطيئة. اما حاليا اليوم يمكن الحصول على طابعات ثلاثية الأبعاد بسعر منافس جداً (أقل من 5 آلاف دولار) ومع ذلك توفر على الشركات الكثير من العمليات التي كانت تقوم بها.

 على سبيل المثال، تستخدم NIKE الطابعات ثلاثية الأبعاد لتنتج نماذج بألوان مختلفة للأحذية التي تصنعها. سابقاً، كانت تصرف الاف الدولارات للحصول على النموذج الواحد وتنتظر اسابيع لتنتجه. لكن حاليا التكلفة هي عدة مئات من الدولارات، ويمكن تعديل النموذج لحظيا عبر تعديل التصميم بالحاسب والحصول على النموذج المعدل بنفس اليوم.

تستخدم بعض الشركات هذا النوع من الطباعة لطباعة المنتج النهائي وليس لطباعة النماذج فقط، يمكنها بهذه الطريقة تعديل المنتج حسب رغبة الزبون ليحصل على نسخة خاصه به. أصبح أمر كهذا شائعاً جداً مع زيادة سرعة الطباعة وانخفاض اسعار الطابعات.

الطابعات ثلاثية الابعاد الشخصية

تكلمنا حتى الان فقط عن الطابعات للاستخدام الصناعي. لكن هناك عالم اخر من الطابعات ثلاثية الأبعاد للأستخدام الشخصي، والتي تنخفض اسعارها مع الزمن لتصل من 300$الى 2000$.

أشعل مشروع RepRap مفتوح المصدر السوق للطابعات ثلاثية الأبعاد كما اشعلته Apple في نهاية السبعينيات. مقابل الف دولار كان بالامكان ات تحصل على عدة لتركيب الطابعة ثلاثية الأبعاد الخاصة بك، ويمكنك ايضا تعديل هذا الطابعه باي شكل تريد. بمكن لهذا النوع من الطابعات ان تطبع اغلب الأجزاء المكونه لها (للطابعة) من بينها لوح الدارة الكهربائية. الغاية كانت ان تحصل على طابعة قابلة لطباعة نسخة عن نفسها. سهل هذا الأمر نشر هذه التقنية وادى الى انخفاض اسعار القطع وتوفرها بشكل اكبر.

هل لابد ان تكون مهندسا او مصمم حتى تستمتع بهذه التقنية؟

 لا ابداً، قد يكون العمل على برامج التصميم ثلاثية الأبعاد صعباً ويحتاج الى الممارسه مثل برنامج AutoCAD او MAYA لكن بالمقابل هناك العديد من البرامج المجانية التي تتيح لك التصميم بسهوله وتعلمها سهل جداً منها Google SketchUp على سبيل المثال وليس الحصر.

 اذا كنت لا تمتلك طابعة ثلاثية الأبعاد فلا تقلق…

 هناك العديد من المواقع التي تساعدك على طباعة تصميمك ثلاثي الابعاد وتوصله لك مثل Shapeways ,  Ponoko و  tinkercad ، أصبح الأمر بسهولة طلب طباعة الصور على الملابس والكؤوس في الماضي. 

يسمح لك موقع Tinkercad ان تصمم النموذج دون الحاجة لتنزيل برنامج، تقوم عند الانتهاء من التصميم بحفظ الملف وارسال طلب بطباعته مع اختيار نوع المادة بلاستيك أو زجاج أو سيراميك أو حتى تيتانيوم. 

لاتريد تصميم النموذج بنفسك؟

يمكنك الحصول على ملايين التصمايم المجانية على الوبل مثل تلك التي  توفرها Thingiverse و 3D Parts Database  و 3D Warehouse .

ماذا تطبع؟

لك أن تتخيل ما تشاء هناك من يطبع نماذج للمجوهرات وهناك من يطبع بديل لقطع المكنسة الكهربائية القديمة التي لم تعد تتوفر بالأسوق. يخترع البعض العديد من التصاميم الخاصه به  كلعب الأطفال  والتحف فنية, والكثير الكثير,  

أنواع الطباعة الثلاثية الأبعاد 

ستيريوليثغرافي Stereolithography SLA

كانت أول طابعة ثلاثية الأبعاد للأستعمال التجاري (ولم تكن تدعى طابعة ثلاثية الأبعاد حينها) تعمل بهذه التقنية اختصاراً تسمى بـ   (SLA). اخترعت عام 1986 من قبل العالم تشارليز هال المؤسس لشركة 3D Systems. يعمل هذا النوع من الطابعات عبر تركيز الأشعة الفوق البنفسجية على سطح حوض مملوء بسائل قابل للتبلور عند تعرضه لأشعة الليزر. يقوم شعاع الليزر برسم المجسم ثلاثي الأبعاد طبقة تلو الطبقة. فبعد تركيزه على أول طبقه تتبلور لتصنع أول شريحة من المجسم بسماكة مابين 0.3 إلى 0.05 ملم

يهبط المقطع المتبلور إلى الأسفل لتغطية طبقة سائل أخرى وتعاد العملية مرة أخرى مؤدية إلى تبلور الطبقة. هكذا إلى أن يتم تشكيل كامل الجسم. 

 Fused Deposition Modeling FDM

تم اختراع هذه التقنية ايضاً في نهاية عام 1980 بواسطة سكوت كرامب Scott Crump، واختصارها FDM .قام سكوت مع زوجته بعد حصوله على براءة أختراع بإنشاء شركة Stratasys عام 1988. تعمل هذه التقنية لإنشاء المجسمات بواسطة قذف حبات صغيرة من المواد المذابة بالحرارة لتشكل طبقات حيث تتصلب المواد المصهورة مباشرة بعد خروجها من فوهة القذف. تعتبر هذه التقنية من أرخص طرق الطباعة ثلاثية الأبعاد. تطبع أغلب الطابعات من هذا النوع المجسمات المصنوعة من بلاستيك ABS كالذي يصنع منه الليغو Lego PLA ،عديد حمض اللبنيك, أو  البولميرات القابلة للتحلل والتي يتم انتاجها من المواد العضوية. 

المصطلح FDM هي علامة تجارية لشركة Stratasys. تستخدم طابعات RepRap تقنية مماثلة لكن اسمتها Fused Filament Fabrication FFF. يتم تغذية المواد عن طريق بكرة خيوط من المادة المطلوبة.

Selective Laser Sintering SLS

كان عام 1980 عاماً مهماً لتقنية الطابعات الثلاثية الأبعاد، حيث تم اختراع تقنية SLS  من قبل كارل ديكارد Carl Deckard وزملائه في جامعة تكساس. تعمل هذه التقنية بأسلوب مماثل لتقنية الستيريوليثغرافي SLA، لكن بدل السائل القابل للتبلور في الحوض ستجد مواد كمساحيق مثل البوليستر أو السيراميك أو الزجاج  أو النايلون وبعض المعادن مثل الفولاذ والتيتانيوم والألمنيوم والفضة.نصهر المادة عندما يتم توجيه الليزر على المسحوق تفي هذه النقطة. أما المواد التي لا يطالها اليزر تبقى كمسحوق يساعد بدعم المجسم.

من أهم مميزات هذه الطريقة عن طريقة SLA هو عدم حاجتها لأي مادة من مواد الداعمة. 

يتم في نهاية الطباعة جمع بقايا المسحوق غير المستعمل ليتم استخدامه في الطباعة التالية. 

طرق اخرى للطباعة

هناك العديد من الطرق الأخرى للطباعة ثلاثية الأبعاد مثلاً Selective Laser Melting  والتي تشبه تقنية SLS لكنها تعمل على صهر المواد كاملة بدلا من دمج حبيبات المسحوق تحت درجة الحرارة الأخف الأمر مشابه لتقنية Electron Beam Melting EBM التي تستخدم شعاع كهربائي بدلاً من ليزر الأشعة فوق البنفسجية. هناك تقنية مختلفة بشكل جذري عن بقية الطرق تدعى Laminated Object Manufacturing LOM حيث يتم لصق عدة طبقات من الورق المطلي أو البلاستيك أوالمعادن التي تلتصق مع بعضها مكونة الجسم بعد ان يتم تقطيعها اما بسكين معين أو بالليزر.

للتوسع

Thingiverse.com

tinkercad.com 

http://www.explainingthefuture.com/3dprinting.html

http://www.3dprinter.net/reference/what-is-3d-printing

http://en.wikipedia.org/wiki/3D_printing