الطباعة ثلاثية الأبعاد

تم وضع مفهوم الطباعة ثلاثية الأبعاد لأول مرة عالميًا بواسطة ديفيد جونز (David E. H. Jones) في عام 1974. ومع ذلك، لم يتم تطوير طرق ومواد تصنيع النماذج حتى أوائل الثمانينيات.

يشمل مصطلح “الطباعة ثلاثية الأبعاد” العديد من التقنيات والعمليات التي تقدم مجالًا غير مسبوق من القدرات لتصنيع الأجزاء والمنتجات من مواد مختلفة. في السنوات الأخيرة، تطورت هذه العمليات بشكل كبير ويمكنها الآن أداء أدوار حاسمة في العديد من التطبيقات.

تهدف هذه المقالة الموجزة إلى شرح الأنواع والعمليات المختلفة للطباعة ثلاثية الأبعاد، كيف تعمل، وما هي استخداماتها وفوائدها في السوق الحالي.

لنبدأ بسؤال أساسي للغاية.

ما هي الطباعة ثلاثية الأبعاد؟

الطباعة ثلاثية الأبعاد، والمعروفة أيضًا باسم التصنيع الإضافي (additive manufacturing)، هي عملية صنع جسم مادي من نموذج رقمي ثلاثي الأبعاد أو نموذج مُصنّع بواسطة الحاسوب (Computer-Aided Design).هذه العملية تنطوي على تقنيات مختلفة يتم التحكم فيها بواسطة الكمبيوتر والتي يتم فيها ربط المواد أو تقويتها لبناء جسم حقيقي.

في التسعينيات، تمت الإشارة إلى تقنيات الطباعة ثلاثية الأبعاد باسم النماذج الأولية السريعة حيث كانت مناسبة فقط لتصنيع النماذج الأولية الجمالية أو الوظيفية. لكننا منذ ذلك الحين قطعنا شوطا طويلا تغير خلاله هذا المفهوم، حيث تعد هذه التقنية بشكلها الحالي متقدمة بما يكفي لإنشاء هياكل وأشكال هندسية معقدة كان من المستحيل إنشاؤها يدويًا بدون استخدام هذه التقنية.

زادت دقة الطباعة ثلاثية الأبعاد ونطاقها وإمكانية تكرارها لدرجة أنه يمكننا في الوقت الحالي تصنيع أي شيء تقريبًا باستخدامها، ابتداءً من النماذج الأولية البسيطة وصولًا إلى المنتجات النهائية المعقدة مثل المباني الصديقة للبيئة، أجزاء الطائرات، الأدوات الطبية، وحتى الأعضاء الاصطناعية باستخدام طبقات من الخلايا البشرية.

كيف تعمل الطباعة ثلاثية الأبعاد؟

تعتمد جميع تقنيات الطباعة ثلاثية الأبعاد على نفس المبدأ، حيث تأخذ الطابعة ثلاثية الأبعاد نموذجًا رقميًا تم تصميمه بواسطة جهاز حاسوب وتحوله إلى جسم مادي ثلاثي الأبعاد عن طريق إضافة و خلط المواد طبقة بطبقة. ومع ذلك، لا تتطلب هذه التقنية أي أدوات أو قطع مصنوعة مسبقًا، حيث يتم تصنيع القطع المطلوبة مباشرة خلال هذه العملية.

يقوم البرنامج الخاص بالطابعة بتقسيم النموذج ثلاثي الأبعاد إلى طبقات رقيقة ثنائية الأبعاد. ثم يقوم بإصدار مجموعة من الإرشادات ولأوامر المكتوبة بلغة البرمجة التي تفهمها الطابعة لتقوم الطابعة بتنفيذها.

اعتمادًا على نوع الطابعة وحجم الجسم المطلوب تصنيعه، تستغرق الطباعة عدة ساعات حتى تكمل عملية التصنيع. غالبًا ما يتطلب الجسم المطبوع معالجة لاحقة (مثل الصنفرة أو الطلاء أو أنواع أخرى من اللمسات النهائية التقليدية) لتحقيق النتيجة الأمثل، مما يستغرق وقتًا إضافيًا وجهدًا يدويًا.

تستخدم الأنواع المختلفة للطابعات ثلاثية الأبعاد العديد من تقنيات لتعالج المواد المختلفة بطرق مختلفة. حيث يعتبر عدم وجود حل واحد يناسب جميع الحالات أهم القيود للطباعة ثلاثية الأبعاد.

خلال العقد الأخير، تطورت الطباعة ثلاثية الأبعاد بشكل ملحوظ. نظرًا لأنه يمكن استخدامها لتصنيع تصميمات معقدة في وقت وجيز وبتكاليف أرخص، فقد أصبحت أداة أساسية في مجموعة متنوعة من الصناعات، بدءًا من التصنيع التجاري وصولًا إلى الهندسة المعمارية والطب.

بعض استخدامات الطباعة ثلاثية الأبعاد

الغذاء

يمكن استخدام الطباعة ثلاثية الأبعاد في العديد من تقنيات تصنيع المنتجات الغذائية حيث تأتي بعض أنواع الطابعات ثلاثية الأبعاد الحديثة مزودةً بوصفات غذائية محملة مسبقًا بحيث تسمح للمستخدمين بإعداد طعامهم عن بُعد باستخدام أجهزة الكمبيوتر والهواتف الذكية الخاصة بهم في أي مكان كانوا. ومن الممكن صناعة الطعام المطبوع ثلاثي الأبعاد بأي مواصفات مرغوبة حيث يمكن للمستخدم التحكم في ملمس ولون وشكل والنكهة الطعام.

صناعة الأزياء

دخلت الطباعة ثلاثية الأبعاد عالم صناعة الأزياء، حيث قام مصممو الأزياء بتجربة صناعة الملابس، الأحذية والفساتين المطبوعة بتقنية ثلاثية الأبعاد. تجاريًا، تستخدم كل من شركة نايكي (Nike) و شركة نيو بالنس (New Balance) الطباعة ثلاثية الأبعاد لتصنيع الأحذية المناسبة للرياضيين. وتقوم بعض الشركات الأُخرى بطباعة العديد من الإكسسوارات مثل النظارات الشمسية و الطبية بتصاميم مختلفة أو حسب الطلب.

تصنيع الأدوية

أثبتت هذه التكنولوجيا أيضًا فعاليتها في صناعة التركيبات الصيدلانية. وتم إنتاج الصيغة الدوائية الأولى بواسطة إحدى شركات الطباعة ثلاثية الأبعاد المتخصصة في مجال الأدوية عام 2015. وفي نفس العام، وافقت إدارة الغذاء والدواء على أول دواء مصنوع (أو مطبوع) باستخدام هذه التكنولوجيا.

الطب

اعتبارًا من عام 2012 ، تمت دراسة تقنية الطباعة الحيوية ثلاثية الأبعاد من قبل شركات التكنولوجيا الحيوية والأوساط الأكاديمية لاستخدامها في تطبيقات هندسة الأنسجة التي يتم فيها بناء الأعضاء وأجزاء الجسم باستخدام تقنيات الطباعة. في مارس 2014 ، استخدم مجموعة من الجراحين أجزاء تمت طباعتها بطابعة ثلاثية الأبعاد لترميم وإعادة بناء وجه سائق دراجة نارية أصيب بجروح خطيرة في حادث مروري. وفي مايو 2018، تم استخدام الطباعة ثلاثية الأبعاد لعملية زراعة الكلى لإنقاذ طفل يبلغ من العمر ثلاث سنوات.

الإنشاء و البناء

مجال البناء هو أحد أسرع تطبيقات الطباعة ثلاثية الأبعاد نموًا. يتم بناء مجمعات سكنية كبيرة باستخدام هذه التقنية في العديد من الدول حول العالم، ومن أبرز المشاريع القائمة حاليًا هو المشروع الذي أعلنت عنه حكومة الإمارات العربية المتحدة باسم استراتيجية دبي للطباعة ثلاثية الأبعاد حيث كان من بين المبادرات المدرجة في الاستراتيجية، إدخال قانون جديد يتم بموجبه تصنيع 25٪ من مكونات المباني الجديدة باستخدام تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد بحلول عام 2025.

صناعة السيارات

رحبت صناعة السيارات بتقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد من خلال العمل جنبًا إلى جنب مع فرق البحث و التصميم فيها لإيجاد الطرق المثلى لدمج هذه التكنولوجيا في عمليات تصنيع السيارات، حيث تم اختبار العديد من المنتجات ثلاثية الأبعاد واستخدامها في سيارات موجودة في السوق حاليًا. يعد قطاع السيارات أحد أكبر المستفيدين من هذه التقنية وسيظل دائمًا أحد أكبر مستخدميها، حيث تعد شركات مثل كبيرة مثل مرسيدس، هوندا، فورد، بورش، ولامبرغيني من أوائل المتبنين لهذه التكنولوجيا في قطاع السيارات. استخدامات أُخرى

في عام 2014، سلمت سبيس إكس أول طابعة ثلاثية الأبعاد تعمل بدون الاعتماد على الجاذبية إلى محطة الفضاء الدولية. ويتم استخدامها الآن من قبل رواد الفضاء لطباعة أدوات مفيدة لهم خلال رحلاتهم الفضائية.

في الوقت الحاضر، تدمج شركات كبيرة الطباعة ثلاثية الأبعاد مع الحوسبة السحابية لتمكين عامة الناس من استخدام هذه التكنولوجيا، حيث تقدم هذه الشركات خدمات الطباعة ثلاثية الأبعاد عبر الإنترنت (عبر مواقع الإنترنت) حسب الطلب للعملاء من القطاعين الخاص والتجاري.

مستقبل الطباعة ثلاثية الأبعاد

الحلم الكبير للطباعة ثلاثية الأبعاد هو تمكين الجميع من أن يكون لديهم “مصانعهم الخاصة بهم في منازلهم”. قد يبدو الأمر غريبًا، لكن لا يمكن إنكار أن امتلاك آلة يمكنها إنتاج عدد لا نهائي من المنتجات بشكل شبه فوري هو أمر رائع.

وفقًا لـ Grandview Research، بلغت قيمة سوق الطباعة ثلاثية الأبعاد العالمية 11.58 مليار دولار في عام 2019، ومن المتوقع أن تصل إلى أكثر من 33 مليار دولار بحلول عام 2027 (بمعدل نمو 14٪ سنويًا).

تشمل العوامل التي يُتوقع أن تدفع نمو السوق البحث والتطوير القوي والطلب المتزايد على تطبيقات النماذج الأولية من مختلف قطاعات الصناعة، لا سيما السيارات والفضاء والتعليم والرعاية الصحية.

الخاتمة

فتحت تقنية الطباعة ثلاثية الابعاد أبواب كثيرة كانت مغلقة في السابق في جميع المجالات، حيث أن المجالات التي تحدثنا عنها في مقالنا اليوم ما هي الا نقطة في بحر الإمكانيات التي وفرتها هذه التقنية. من اهم المجالات التي استفادت حديثًا من الطباعة ثلاثية الابعاد هو مجال تصنيع الأعضاء البشرية المماثلة في وظيفتها للأعضاء الحقيقية، مثل الكلى والأطراف الصناعية، لكن لا تزال هذه المنتجات قيد التطوير والتحديث.

تقف تكلفة شراء الطابعات والمواد الأولية كحاجز كبير يحد من قدرة الافراد على شراء و استخدام هذه التقنية، لكن كحال جميع التقنيات الحديثة، فإن تكلفتها تنخفض تدريجيًا بمرور الوقت.

في حال كان لديك طابعة ثلاثية الابعاد، ما هو ول شيء ستقوم بتصنيعه بها؟ أخبرنا في التعليقات.

إذا اعجبك هذا المقال لا تنسى أن تشاركه مع اصدقائك على فيسبوك، انستجرام وتويتر.