دور الطباعة ثلاثية الأبعاد في تحسين الابتكار وحل المشكلات

تعتبر الطباعة ثلاثية الأبعاد تقنية شائعة ومتعددة الاستخدامات، حيث أنها توفر مجموعة واسعة من التطبيقات والفوائد و يعرف هذا المصطلح أيضًا بـ “التصنيع الإضافي”، وهو مصطلح يشمل جميع تقنيات الطباعة ثلاثية الأبعاد.

تتيح تقنيات الطباعة ثلاثية الأبعاد المختلفة إمكانية اختيار المواد المناسبة، مما يتيح تحقيق التوازن المثالي بين تشطيب السطح، المتانة، السرعة، والتكلفة لذلك سنوضح فيما يلي الطرق الشائعة للطباعة ثلاثية الأبعاد ونشرح كيفية عملها، وذلك لمساعدتك في اختيار التقنية الأنسب لمشروعك.

ماهي الطباعة ثلاثية الأبعاد

الطباعة ثلاثية الأبعاد، المعروفة أيضًا باسم التصنيع بالإضافة (additive manufacturing)، هي عملية تصنيع تعتمد على بناء طبقات متتالية لتشكيل مجسم ثلاثي الأبعاد،كما يمكن تشبيه هذه العملية برسم طبقات من مادة سميكة فوق بعضها البعض حتى يتشكل المجسم المطلوب.

تعتمد هذه التقنية على تصميمات ثلاثية الأبعاد يتم إعدادها باستخدام برامج الكمبيوتر، حيث تقوم الطابعة بتحويل هذه التصميمات إلى مجسمات باستخدام المواد الخام المتاحة لديها.

في الصناعات التقليدية، غالبًا ما يُستخدم التصنيع الطرحي (subtractive manufacturing)، حيث يتم نحت وقطع المواد من قطع أكبر لتشكيل المنتج النهائي أما في الطباعة ثلاثية الأبعاد، يتم بناء المجسم عبر طبقات رقيقة جداً تتجمع لتكوين الشكل النهائي.

مجال الطباعة ثلاثية الأبعاد مليء بالفرص الواعدة، حيث يتم استخدام هذه التقنية حاليًا في مجالات مثل الهندسة والإلكترونيات والطب ومن المتوقع أن تتطور أكثر في المستقبل، لتتمكن من صنع أشياء حيوية مثل الأعضاء البشرية.

أنواع الطابعات ثلاثية الأبعاد

تم التعرف عبر التاريخ على ثلاثة أنواع من الطابعات ثلاثية الأبعاد،  والتي تتمثل فيما يلي:

الطابعات الحجرية المجسمة: 

• تعتبر أول تقنية طباعة ثلاثية الأبعاد، تم اختراعها في ثمانينيات القرن الماضي. 
• تعتمد على استخدام أشعة الليزر لمعالجة الراتنج وتحويله إلى بلاستيك من خلال عملية تعرف بالبلمرة الضوئية.
• تنتج هذه الطابعات نماذج دقيقة متجانسة، مقاومة للماء، وبأسطح ملساء، وتستخدم غالبًا في طباعة النماذج الأولية السريعة، مثل تطبيقات طب الأسنان.

طابعات التلبيد الانتقائي بالليزر:

•  تعتمد هذه الطابعات على ليزر قوي لتلبيد الجزيئات الصغيرة من مسحوق البوليمر. 
• تستخدم نايلون منخفض الكثافة في عمليات التصنيع، وتعتبر فعالة في تطبيقات متعددة.

طابعات نمذجة الترسيب المنصهر: 

• تعمل هذه الطابعات باستخدام خيوط منصهرة من اللدائن الحرارية التي تذيبها وتطبقها طبقة تلو الأخرى على مساحة البناء، مما ينتج نماذج ثلاثية الأبعاد عالية الجودة.

مميزات الطباعة ثلاثية الأبعاد

تتميز الطباعة ثلاثية الأبعاد بالعديد من المزايا المتقدمة، ومن أبرزها ما يلي:

• القدرة على إنتاج نماذج ثلاثية الأبعاد مهما كانت درجة تعقيدها، وبتكلفة مالية منخفضة.
• القدرة على صنع أشكال متعددة باستخدام طابعة واحدة.
• إمكانية إنتاج قطع متداخلة ومتطابقة دون الحاجة إلى التجميع.
• الإنتاج حسب الطلب، مما يقلل من تكاليف التخزين للشركات.
• قدرة تصنيعية كبيرة، حيث يمكن للطابعة إنتاج نماذج بحجم كبير مثل حجم السرير.
• إنتاج نماذج عالية الدقة، مطابقة تمامًا للأصل.

سلبيات الطباعة ثلاثية الأبعاد

على الرغم من الفوائد العديدة للطباعة ثلاثية الأبعاد، إلا أنها تأتي مع بعض التحديات والمخاطر والتي تتمثل فيما يلي:

• استهلاك الطاقة بشكل كبير، حيث يستهلك العاملون في الطباعة ثلاثية الأبعاد من 50 إلى 100 ضعف الطاقة مقارنة بالمجالات الأخرى.
• ارتفاع تكلفة الأدوات والمواد المستخدمة في الطباعة ثلاثية الأبعاد.
• محدودية المواد المتاحة للاستخدام في الطباعة، رغم أهميتها في تطوير الصناعة.
• إصدار الطابعات لإشعاعات قد تكون سامة أو تسبب الأمراض.
• الاعتماد الكبيرعلى البلاستيك، الذي يؤثر سلبًا على البيئة ويزيد من التلوث.
• إمكانية إنتاج مواد وأسلحة حادة مثل السكاكين والمسدسات بسهولة.
• زيادة خطر انتهاك حقوق الطبع والنشر عن طريق نسخ المنتجات وإنشاء نسخ طبق الأصل منها.

كيفية عمل الطباعة ثلاثية الأبعاد؟

تمر عملية الطباعة ثلاثية الأبعاد بعدة مراحل لإنتاج النموذج النهائي، وهي كالتالي:

1. مرحلة التصميم: يتم استخدام برنامج تصميم متقدم على الحاسوب، مستعينًا ببيانات مسح ضوئي لتطوير التصميم حيث يقوم البرنامج بتقسيم التصميم إلى مقاطع عرضية وأفقية ويقدم توجيهات لإجراء أي تعديلات ضرورية.
2. مرحلة إعداد الطابعة: في هذه المرحلة يتم اختيار المواد المناسبة، ضبط درجة حرارة الطابعة، وتحديد سرعة الحركة اللازمة للطباعة.
3. مرحلة الطباعة: يتم استخدام طابعات الليزر لتحويل الراتنج إلى بلاستيك مقوى، ودمج الأجزاء الصغيرة مع بعضها البعض عند درجات حرارة مرتفعة.
4. مرحلة ما بعد الطباعة: بعد الانتهاء من الطباعة، يتم تنظيف النموذج باستخدام كحول الأيزوبروبيل لإزالة أي زوائد غير معالجة، ثم يتم تنظيفه يدويًا أو باستخدام الهواء المضغوط للتحضير لعملية الطلاء النهائية.

تطبيقات الطباعة ثلاثية الأبعاد في حياتنا

• تستخدم في الهندسة وتصميم المنتجات لصناعة النماذج الأولية بسرعة وكفاءة.
• تساهم في أتمتة الإنتاج، مما يقلل التكاليف والوقت.
• تستخدم في طب الأسنان الرقمي لتصنيع الجسور والتيجان والتقويم وأطقم الأسنان.
• تُوظف في التعليم والبحث لدعم العلوم والهندسة والفن في مختبرات متخصصة.
• تسهم في تحسين الرعاية الصحية من خلال تقليل الوقت والتكاليف في المختبرات وغرف العمليات.
• تستخدم في المجالات الترفيهية مثل النحت ونمذجة ألعاب الفيديو وتصميم الأزياء.
• صناعة النماذج الأولية للمجوهرات خلال عملية صب القوالب.
• تستخدم في تصنيع سماعات الأذن الطبية.
• تساهم في صناعة الطيران والتطبيقات العسكرية.

 تأثير الطباعة ثلاثية الأبعاد على التصنيع

أثرت الطباعة ثلاثية الأبعاد بشكل كبير على مجال التصنيع، كما أنها جعلت عملية إنتاج الأجزاء والمنتجات أسرع وأسهل، مما أدى إلى تقليل التكلفة ووقت التصنيع لذلك سنوضح تأثير الطباعة ثلاثية الأبعاد على التصنيع من زوايا مختلفة والتي تتمثل فيما يلي:

1. التخصيص الفردي: تمكن الطباعة ثلاثية الأبعاد من إنتاج منتجات مخصصة بسرعة وبأسعار معقولة، مثل الأطراف الصناعية في المجال الطبي.
2. تقليل النفايات والمخزون: يتم إنتاج المنتجات حسب الطلب، مما يقلل الحاجة إلى تخزين مواد زائدة ويقلل من النفايات.
3. سرعة الوصول إلى السوق: تساهم في تسريع إنتاج النماذج الأولية، مما يقلل وقت إطلاق المنتجات ويعزز القدرة التنافسية.
4. التكامل مع التصنيع التقليدي: تستخدم جنبًا إلى جنب مع التصنيع التقليدي لتحسين العمليات، مثل إنتاج قوالب وأدوات بسرعة أكبر وبكلفة أقل.

دور الطباعة ثلاثية الأبعاد في تعزيز الريادة الرقمية في مجتمع المكتبات

ساهمت المكتبات منذ بداية الثورة الرقمية في دعم الأفراد من جميع الأعمار لبناء المهارات اللازمة للنجاح في عالم التكنولوجيا ومع التطور المستمر للطباعة ثلاثية الأبعاد، أصبحت المكتبات نقطة رئيسية لتوفير هذه التكنولوجيا للجمهور، مما يساهم في تعزيز الريادة الرقمية والإبداع حيث يشمل دور المكتبات في هذا المجال ما يلي:

• الوصول إلى التكنولوجيا: توفر المكتبات الطابعات ثلاثية الأبعاد للأشخاص الذين لا يستطيعون الوصول إلى هذه التكنولوجيا بسهولة، مما يساعدهم في تطوير مهارات التصميم والتصنيع.
• إتاحة الموارد: تمكّن المكتبات المستخدمين من الوصول إلى موارد يصعب الحصول عليها أو تكون مكلفة، مثل طباعة نسخ من التحف التاريخية أو النماذج العلمية.
• تعزيز الابتكار: تساعد المكتبات في تحويل الأفكار إلى واقع ملموس، حيث يمكن للمستخدمين تصميم وطباعة نماذج أولية وأعمال فنية، مما يشجع على الابتكار وحل المشكلات.
• التعاون المجتمعي: تسهل المكتبات التعاون بين الأفراد، حيث يمكنهم العمل معًا في المشاريع ومشاركة الأفكار والتصاميم، مما يعزز الروح المجتمعية.
• التعلم المتنوع: تتيح المكتبات للمتعلمون ذوي الاحتياجات المختلفة تجربة تعلم ملموسة ومرئية من خلال الطباعة ثلاثية الأبعاد.
• الحل الاقتصادي: تتيح المكتبات للجمهور استخدام الطابعات ثلاثية الأبعاد بجزء بسيط من التكلفة، مع توفير الصيانة والإمدادات الضرورية.

دعم مهارات STEM: تساعد الطابعات ثلاثية الأبعاد في تعزيز تعليم العلوم والتكنولوجيا والهندسة والرياضيات (STEM) من خلال تقديم تجارب عملية تعزز الفهم العميق لهذه المجالات.