الطباعة ثلاثية الأبعاد هي أي من العمليات المختلفة التي يتم فيها دمج المواد أو ترسيخها تحت التحكم في الكمبيوتر لإنشاء كائن ثلاثي الأبعاد ، مع إضافة المادة معاً (مثل الجزيئات السائلة أو حبيبات المسحوق التي يتم دمجها معًا). تستخدم الطباعة ثلاثية الأبعاد في كل من النماذج الأولية السريعة والتصنيع الإضافي. يمكن أن تكون الكائنات ذات أي شكل أو هندسة تقريبًا ويتم إنتاجها عادة باستخدام بيانات نموذج رقمي من نموذج ثلاثي الأبعاد أو مصدر بيانات إلكتروني آخر مثل ملف ملف تصنيع الإضافي (AMF) (عادةً في طبقات متسلسلة). هناك العديد من التقنيات المختلفة ، مثل Stereolithography (SLA) أو النمذجة المودعة (FDM). وهكذا ، بخلاف المواد التي يتم إزالتها من المخزون في عملية المعالجة التقليدية ، فإن الطباعة ثلاثية الأبعاد أو التصنيع الإضافي يبني كائنًا ثلاثي الأبعاد من نموذج التصميم بمساعدة الكمبيوتر (CAD) أو ملف AMF ، عادةً عن طريق إضافة طبقة المواد حسب الطبقة.
يشير المصطلح “الطباعة ثلاثية الأبعاد” في الأصل إلى عملية ترسب مادة رابطة على سطح مسحوق مع طبقة رأسية لطابعة نافثة للحبر بطبقة.في الآونة الأخيرة ، يستخدم هذا المصطلح في العامية الشعبية لتشمل مجموعة واسعة من تقنيات التصنيع المضافة. تستخدم الولايات المتحدة والمعايير التقنية العالمية المصطلح الرسمي لتصنيع الإضافات لهذا المعنى الأوسع.
المبادئ العامة
تصميم
يمكن إنشاء نماذج ثلاثية الأبعاد قابلة للطباعة باستخدام حزمة تصميم بمساعدة الكمبيوتر (CAD) ، عبر ماسح ضوئي ثلاثي الأبعاد ، أو بواسطة كاميرا رقمية عادية وبرنامج تصوير تصويري. تؤدي النماذج المطبوعة ثلاثية الأبعاد التي تم إنشاؤها باستخدام CAD إلى تقليل الأخطاء ويمكن تصحيحها قبل الطباعة ، مما يتيح التحقق في تصميم الكائن قبل طباعته. تشبه عملية النمذجة اليدوية لإعداد البيانات الهندسية لرسومات الكمبيوتر ثلاثية الأبعاد الفنون التشكيلية مثل النحت. المسح الضوئي ثلاثي الأبعاد هو عملية لجمع البيانات الرقمية على شكل ومظهر كائن حقيقي ، وإنشاء نموذج رقمي يعتمد عليه.
طبع
فيديو Timelapse من كائن hyperbonoid (صممه جورج دبليو هارت) مصنوعة من جيش التحرير الشعبى الصينى باستخدام طابعة Reprap “Prusa Mendel” 3D لترسب البوليمر المصهور
قبل طباعة نموذج ثلاثي الأبعاد من ملف STL ، يجب أولاً فحصه بحثًا عن أخطاء. معظم تطبيقات CAD تنتج أخطاء في ملفات STL الإخراج ، من الأنواع التالية:
الثقوب.
يواجه الأعراف
التقاطعات-الذات؛
قذائف ضوضاء
أخطاء متعددة.
خطوة في جيل STL تعرف باسم “إصلاح” إصلاح مثل هذه المشاكل في النموذج الأصلي. بشكل عام ، غالباً ما تحتوي STLs التي تم إنتاجها من طراز تم الحصول عليه من خلال المسح الثلاثي الأبعاد على المزيد من هذه الأخطاء. ويرجع ذلك إلى كيفية عمل المسح الضوئي ثلاثي الأبعاد – كما هو الحال في كثير من الأحيان من نقطة إلى نقطة ، فإن إعادة الإعمار تشمل الأخطاء في معظم الحالات.
بمجرد اكتماله ، يجب معالجة ملف STL بجزء من برنامج يسمى “slicer” ، والذي يحول النموذج إلى سلسلة من الطبقات الرقيقة وينتج ملف G-code يحتوي على تعليمات مخصصة لنوع معين من الطابعة ثلاثية الأبعاد (FDM) الطابعات). يمكن بعد ذلك طباعة ملف G-code هذا باستخدام برنامج عميل الطباعة ثلاثية الأبعاد (الذي يقوم بتحميل G-code ، ويستخدمه لإرشاد الطابعة ثلاثية الأبعاد أثناء عملية الطباعة ثلاثية الأبعاد).
يصف دقة الطابعة سُمك الطبقة وضوح X – Y بالنقاط لكل بوصة (dpi) أو الميكرومتر (µm). يبلغ سمك الطبقة المعتاد حوالي 100 ميكرومتر (250 نقطة لكل بوصة) ، على الرغم من أن بعض الأجهزة يمكنها طباعة طبقات رقيقة مثل 16 ميكرومتر (1،600 نقطة لكل بوصة). دقة X – Y قابلة للمقارنة مع طابعات الليزر. تتراوح الجسيمات (النقاط الثلاثية الأبعاد) بين 50 و 100 ميكرومتر (510 إلى 250 نقطة لكل بوصة) في القطر. بالنسبة إلى دقة الطابعة تلك ، تحديد دقة شبكة من 0.01 إلى 0.03 ملم وطول وتر ≤ 0.016 مم لإنشاء ملف إخراج STL الأمثل لملف إدخال نموذج محدد. تحديد نتائج دقة أعلى في ملفات أكبر بدون زيادة في جودة الطباعة.
يمكن أن يستغرق إنشاء نموذج بالطرق المعاصرة من عدة ساعات إلى عدة أيام ، وفقًا للطريقة المستخدمة وحجم النموذج وتعقيده. يمكن للأنظمة المضافة تقليص هذا الوقت عادة لبضعة ساعات ، على الرغم من أنها تختلف اختلافًا كبيرًا اعتمادًا على نوع الماكينة المستخدمة وحجم وعدد النماذج التي يتم إنتاجها في وقت واحد.
يمكن أن تكون التقنيات التقليدية مثل قولبة الحقن أقل كلفة لتصنيع منتجات البوليمر بكميات كبيرة ، ولكن التصنيع الإضافي يمكن أن يكون أسرع وأكثر مرونة وأقل تكلفة عند إنتاج كميات صغيرة نسبيا من الأجزاء. تمنح الطابعات ثلاثية الأبعاد المصممين وفرق تطوير المفاهيم القدرة على إنتاج أجزاء ونماذج مفاهيم باستخدام طابعة بحجم سطح المكتب.
قد تبدو الأشياء الأكثر تعقيدًا والمفارقة أكثر تكلفة لإنتاج الطباعة ثلاثية الأبعاد من الكائنات الأقل تعقيدًا.
أساليب
يتوفر عدد كبير من التقنيات المنافسة للطباعة ثلاثية الأبعاد. الاختلافات الرئيسية هي في الطريقة التي يتم بها استخدام طبقات مختلفة لإنشاء القطع. تستخدم بعض الطرق ذوبان أو تليين المادة لإنتاج الطبقات ، على سبيل المثال تلبيد الليزر الانتقائي (SLS) ونمذجة ترسب المنصهر (FDM) ، في حين يقوم البعض الآخر بإيداع المواد السائلة التي يتم ترسيخها باستخدام تقنيات مختلفة. في حالة تصنيع الأجسام الرقائقية ، يتم قص الطبقات الرقيقة بحيث تكون مقولبة وموحدة معاً.
كل أسلوب له مزاياه وعيوبه؛ ولهذا السبب ، تقدم بعض الشركات الاختيار بين المساحيق والبوليمر كمواد لتصنيع القطعة وفقًا لأولويات العميل.عموما الاعتبارات الرئيسية هي السرعة ، وتكلفة النموذج الأولي المطبوعة ، وتكلفة الطابعة ثلاثية الأبعاد ، واختيار وتكلفة المواد ، فضلا عن القدرة على اختيار اللون.
| طيب القلب | التقنيات | المواد |
|---|---|---|
| قذف | النمذجة بالترسيب المنصهر (FDM) | اللدائن الحرارية (مثل PLA ، ABS ، HDPE ، البولي يوريثين الحراري | TPU) معادن سهلة الانصهار ، مواد صالحة للأكل |
| غزل | تصنيع شعاع الالكترون (EBF) | تقريبا أي سبائك |
| محبب | تلبد المعادن المباشر بالليزر (DMLS) | تقريبا أي سبائك |
| انصهار الحزمة الإلكترونية (EBM) | سبائك التيتانيوم | |
| تلبيد الحرارة الانتقائي (SHS) | بودرة بالحرارة | |
| تلبيد الليزر الانتقائي (SLS) | اللدائن الحرارية ، المساحيق المعدنية ، مساحيق السيراميك | |
| إسقاط ملزم (DSPC) | المصبوب | |
| صفح | صفح الطبقات (LOM) | ورق ، رقائق ألمنيوم ، طلاء بلاستيكي |
| الضوئية | ستريوليثوغرافي (SLA) | فوتوبوليمير |
| Photopolymerization بواسطة الأشعة فوق البنفسجية (SGC) | فوتوبوليمير |
طباعة الحقن
تتكون طريقة الطباعة ثلاثية الأبعاد من نظام الطباعة عن طريق الحقن. تقوم الطابعة بإنشاء نموذج طبقة إلى طبقة بنشر طبقة من جزء الجزء.يتم تكرار العملية حتى تتم طباعة جميع الطبقات. هذه التقنية هي الوحيدة التي تسمح بطباعة النماذج الأولية بالألوان الكاملة ، مما يسمح أيضًا للطائرات أو البروز.
النمذجة بواسطة ترسيب الجريان
باستخدام خيوط مبثوقة سابقًا ، النمذجة بواسطة ترسيب الجريان ، وهي تقنية طورتها Stratasys ، تستخدم فوهة لإيداع مادة منصهرة على بنية دعم ، طبقة بطبقة. ويستخدم على نطاق واسع في النماذج الأولية السريعة التقليدية ، وبفضل تكلفته المنخفضة ، أصبح محبوبًا جدًا محليًا.
هناك أسلوب آخر يتمثل في دمج وسيط الطباعة بشكل انتقائي على أساس دقيق. في هذا الاختلاف ، يعمل الوسط غير المنصهر كدعم للإسقاطات والجدران الرقيقة للقطعة التي سيتم إنتاجها ، مما يقلل الحاجة إلى الدعم الإضافي المؤقت. عادة ما يتم استخدام الليزر لتلبيد المتوسطة وتشكيل الصلبة. ومن أمثلة ذلك التلبيد الانتقائي بالليزر وتلبيد المعادن بالليزر المباشر (DMLS) باستخدام المعادن. يتكون الشكل النهائي من استخدام راتنج اصطناعي يتصلب باستخدام ضوء LED.
ضوء علاج
المجسمة
تستخدم تقنية SLA راتنجات فوتوبوليمير سائلة تتعزز عندما تتعرض للضوء المنبعث من ليزر فوق بنفسجي. بهذه الطريقة ، يتم إنشاء طبقات متراكبة من الراتنج الصلب مما يخلق الجسم.
Photopolymerization بواسطة الأشعة فوق البنفسجية
في ضوء الأشعة فوق البنفسجية الضوئية ، SGC ، يتم عرض وعاء بوليمر سائل إلى ضوء جهاز عرض DLP تحت ظروف خاضعة للرقابة. يتقشر البوليمر السائل المكشوف ؛ تتحرك لوحة التركيب لأسفل بزيادات صغيرة ويتم تعريض البوليمر مرة أخرى للضوء. يتم تكرار العملية حتى يتم إنشاء النموذج. ثم يتم إزالة البوليمر السائل المتبقي من الحاوية ، مع ترك النموذج الصلب فقط.
Photopolymerization عن طريق امتصاص الفوتونات
يمكن تحقيق ميزات صغيرة للغاية من خلال تقنية التصنيع الدقيق ثلاثي الأبعاد ، من خلال آلية البلمرة الضوئية عن طريق امتصاص الفوتونات. في هذا الاختلاف ، يتم رسم الكائن ثلاثي الأبعاد المطلوب على كتلة من الهلام مع ليزر. يتم علاج الجل ويتصلب فقط في الأماكن التي يتركز فيها الليزر بسبب عدم التشويش البصري للصورة. بعد مرحلة الليزر ، يتم غسل الجل المتبقي. هذه التقنية تقدم أحجام أقل من 100 نانومتر يتم تصنيعها بسهولة في الهياكل المعقدة للأجزاء المتحركة كما في ثابتة.
الطباعة مع الثلج
لقد تم تطوير تقنيات حديثة والتي ، من خلال التبريد المعتمد للمياه المعالجة ، قادرة على إنتاج طباعة ثلاثية الأبعاد مع الثلج كمواد.
على الرغم من أنها تقنية قيد التطوير ولم يتم بعد اكتشاف مزاياها طويلة الأمد ، إلا أن توفير مواد محددة لتنفيذ الطباعة ، بغض النظر عن تكلفة العملية ، يبدو واحدًا منها.
المواد
الطابعات ثلاثية الأبعاد لا يمكن استخدام أي مواد ، هناك مجموعة واسعة للطباعة ، مثل: شفافة ، ملونة ، مبهمة ، مرنة ، جامدة ، درجة الحرارة العالية والمقاومة. هذا النوع من المواد يلبي الاحتياجات بصريًا وبلعًا ، بالإضافة إلى ذلك ، فهو مقاوم جدًا ومع القوة اللازمة التي تتطلبها النماذج الأولية. سيعطينا تصميم منتجاتنا خطوة لاختيار المادة التي يجب أن نستخدمها والطابعة والعملية التي ستتم طباعتها. في مجلة Metal Actual تشير إلى ما يلي:
“في السوق هناك أكثر من 60 نوعًا من المواد للطباعة ثلاثية الأبعاد ، والتي بفضل خصائصها وخصائصها الفيزيائية والكيميائية ، تمكن من إنشاء نماذج مثالية ، بدقة عالية ومستوى ممتاز من التفاصيل وقابلة للتطبيق على جميع القطاعات الصناعية تقريبًا” (أندريا رويز ، 2011 ، ص 34).
من بين المواد الأكثر استخدامًا تلك المواد التي تحاكي اللدائن الهندسية ، والتي تسمى خيوط ، مثل PLA و ABS. و PLA الفتيل هو حمض polylactic ، قابلة للتحلل الحيوي ، مستمدة من الذرة. لديها ألوان متعددة بما في ذلك اللون الطبيعي ، في داخلها هناك ألوان شفافة ومحدودة.إن ABS رخيص ومع تشطيب جيد ، المادة المناسبة للنماذج الأولية ، التي تتطلب مقاومة عالية للتأثيرات وتضرب بقوة ، يتضمن هذا الخيوط أيضًا مجموعة متنوعة من الألوان.
مادة أخرى هي الراتنج. 16 إنها توفر دقة أعلى من ABS ، تحاكي اللدائن القياسية المصنوعة من البولي بروبلين وهي مثالية للنماذج التي تحتاج إلى الصلابة والمرونة والمقاومة ، مثل: اللعب ، صناديق البطاريات ، قطع غيار السيارات والحاويات.
المواد ABS ، يمكنك العثور على ألوان مختلفة مثل الأحمر والبرتقالي والأصفر والأخضر والأزرق والأرجواني والأبيض والرمادي والأسود ، اللون الطبيعي للخيوط ، من بين أمور أخرى.
لدى جيش التحرير الشعبى الصينى بين ألوانه الرئيسية: الأحمر والوردي والبرتقالي والأصفر والأخضر الفاتح والقوي والأزرق والأسود والرمادي والأبيض ولونه الطبيعي ، من بين أمور أخرى.
أنواع المواد
تتميز الشعيرات بالقطر (بالميليمترات) ، وعادة ما تباع في لفائف بالوزن (كجم) وهي بشكل أساسي من المواد التالية:
حمض polylactic (جيش التحرير الشعبى الصينى).
Laywoo-d3 ، خشب / مركب بوليمر مشابه لحمض polylactic.
أكريلونيتريل بوتادين ستايرين (ABS).
البوليسترين عالي التأثير (HIPS).
البولي ايثيلين تيريفثاليت (PET).
الاستومرستيك الحراري (TPE).
نايلون ، الأكثر استخداما.
معدن غير متبلور (BGM).
الانتهاء
على الرغم من أن الدقة التي تنتجها الطابعة كافية للعديد من التطبيقات ، إلا أنها تطبع نسخة ذات حجم كبير جدًا من الجسم المطلوب في الدقة القياسية ، ومن ثم يمكن أن تؤدي إزالة مادة ذات عملية مطرقة ذات دقة أعلى إلى تحقيق دقة أكبر.
يؤدي الهيكل الطبقي لجميع عمليات تصنيع المواد المضافة إلى حتما إلى تأثير الضغط على السطوح الجزئية المنحنية أو المائلة فيما يتعلق بمنصة البناء. تعتمد التأثيرات بشدة على اتجاه سطح الجزء داخل عملية البناء.
بعض البوليمرات القابلة للطباعة مثل ABS ، تسمح بإنهاء السطح وتحسينه باستخدام عمليات الأبخرة الكيميائية القائمة على الأسيتون أو المذيبات المماثلة.
بعض تقنيات التصنيع المضافة قادرة على استخدام مواد متعددة في سياق بناء الأجزاء. هذه التقنيات قادرة على الطباعة بألوان متعددة ومجموعات ألوان في وقت واحد ، ولا تتطلب بالضرورة الطلاء.
تتطلب بعض تقنيات الطباعة دعمًا داخليًا للميزات المتدلية أثناء الإنشاء. يجب إزالة هذه الدعامات ميكانيكيا أو إذابتها عند الانتهاء من الطباعة.
تشمل جميع الطابعات ثلاثية الأبعاد للمعادن التجارية تجزئة العنصر المعدني من الركيزة المعدنية بعد الترسب. تسمح عملية جديدة لطباعة 3D GMAW بتعديلات سطح الركيزة لإزالة الألمنيوم أو الفولاذ.
العمليات والطابعات
يتوفر عدد كبير من العمليات الإضافية. الاختلافات الرئيسية بين العمليات هي في الطريقة التي يتم بها ترسيخ طبقات لإنشاء أجزاء وفي المواد المستخدمة. كل طريقة لها مزاياها وعيوبها الخاصة ، وهذا هو السبب في أن بعض الشركات تقدم اختياراً للمسحوق والبوليمر للمواد المستخدمة في بناء الجسم. في بعض الأحيان ، يستخدم البعض الآخر ورقة العمل القياسية الجاهزة للاستخدام ، مثل مادة البناء لإنتاج نموذج أولي دائم.تتمثل الاعتبارات الرئيسية في اختيار الماكينة في السرعة ، وتكاليف الطابعة ثلاثية الأبعاد ، والنموذج الأولي المطبوع ، واختيار المواد وتكلفتها ، وقدرات الألوان. الطابعات التي تعمل مباشرة مع المعادن مكلفة بشكل عام. ومع ذلك ، يمكن استخدام الطابعات الأقل تكلفة لصنع قالب ، والذي يتم استخدامه بعد ذلك لصنع الأجزاء المعدنية.
تحدد ISO / ASTM52900-15 سبع فئات من عمليات التصنيع الإضافي (AM) في معناها: النفث الموثق ، ترسيبات الطاقة الموجهة ، بثق المواد ، النفث المادي ، انصهار البودرة ، تصفيح الألواح ، و photopolymerization VAT.
بعض الطرق تذوب أو تخفف المادة لإنتاج الطبقات. في تصنيع الخيوط المُصنَّعة ، والمعروف أيضًا باسم نمذجة ترسيب مدمج (FDM) ، يتم إنتاج النموذج أو الجزء عن طريق بثِّ حبات صغيرة أو تيارات من المواد التي تتصلب على الفور لتشكيل الطبقات. يتم تغذية خيوط من السلك المعدني بالحرارة أو أي مادة أخرى في رأس فوهة بثق (طارد طابعة ثلاثية الأبعاد) ، والتي تسخن المادة وتحول التدفق وإليها. FDM مقيدة إلى حد ما في اختلاف الأشكال التي قد تكون ملفقة. أسلوب آخر يدمج أجزاء الطبقة ثم يتحرك إلى الأعلى في منطقة العمل ، ويضيف طبقة أخرى من الحبيبات ويكرر العملية حتى تتراكم القطعة. تستخدم هذه العملية الوسائط غير المستخدمة لدعم التبديلات وجدران رفيعة في الجزء الذي يتم إنتاجه ، مما يقلل من الحاجة إلى الدعم الإضافي المؤقت للقطعة.
تتضمن تقنيات التلبيد بالليزر تلبيد ليزر انتقائي ، مع كل من المعادن والبوليمرات ، وتلبيد الليزر المعدني المباشر. لا يستخدم ذوبان الليزر الانتقائي التلبد من أجل انصهار حبيبات المسحوق ، ولكنه سيذيب المسحوق باستخدام ليزر عالي الطاقة لإنتاج مواد كثيفة بالكامل بطريقة من الطبقة لها خصائص ميكانيكية مماثلة لتلك الخاصة بالمعادن المصنعة التقليدية. ذوبان الحزمة الإلكترونية هو نوع مماثل من تكنولوجيا التصنيع المضافة للأجزاء المعدنية (مثل سبائك التيتانيوم). تقوم شركة EBM بتصنيع الأجزاء عن طريق ذوبان طبقة المسحوق المعدني بطبقة مع شعاع الالكترون في فراغ عالي. وتتكون طريقة أخرى من نظام الطباعة النافثة للحبر ثلاثي الأبعاد ، والذي يخلق طبقة نموذج واحد في كل مرة بنشر طبقة من المسحوق (الجص ، أو الراتنجات) وطباعة رابط في المقطع العرضي للجزء باستخدام عملية تشبه inkjet. مع تصنيع الأغلفة الرقائقية ، يتم قطع الطبقات الرقيقة لتشكيلها معًا.
طرق أخرى تعالج المواد السائلة باستخدام تقنيات متطورة مختلفة ، مثل الطباعة الحجرية. تستخدم فوترة البلمرة في المقام الأول في الطباعة الحجرية المجسمة لإنتاج جزء صلب من السائل. أنظمة طابعة Inkjet مثل نظام Objet PolyJet رش مواد فوتوبوليمير رش على صينية بناء في طبقات رقيقة جدا (بين 16 و 30 ميكرومتر) حتى يتم الانتهاء من الجزء. يتم الشفاء من كل طبقة فوتوبوليمير مع ضوء الأشعة فوق البنفسجية بعد أن يتم ضخها ، مما ينتج نماذج تم شفاؤها بشكل كامل والتي يمكن معالجتها واستخدامها على الفور ، دون الحاجة إلى المعالجة.يمكن إجراء ميزات صغيرة جدًا باستخدام تقنية التصنيع الدقيق ثلاثي الأبعاد المستخدمة في بلمرة البلمرة المتعددة. نظرًا للطبيعة غير الخطية لإثارة الصور ، يتم علاج الجل إلى مادة صلبة فقط في الأماكن التي كان يتم تركيز الليزر فيها بينما يتم غسل الهلام المتبقي. يتم إنتاج أحجام فائقة أقل من 100 نانومتر بسهولة ، بالإضافة إلى هياكل معقدة مع أجزاء متحركة ومتشابكة. تستخدم طريقة أخرى راتنجًا صناعيًا يتم ترسيخه باستخدام مصابيح LED.
في الطباعة الحجرية المجسّمة القائمة على القناع على صورة قناع ، يتم تقسيم نموذج رقمي ثلاثي الأبعاد بمجموعة من الطائرات الأفقية. يتم تحويل كل شريحة إلى صورة قناع ثنائي الأبعاد. ثم يتم عرض صورة القناع على سطح راتنج سائل قابل للتصوير ، ويتم عرض الضوء على الراتنج لشفائه في شكل الطبقة. يبدأ إنتاج الواجهة السائلة المستمرة بمجموعة من راتينج البوليمر السائل. جزء من قاع المسبح شفاف للضوء فوق البنفسجي (“النافذة”) ، مما يؤدي إلى ترسيخ الراتنج. يرتفع الجسم ببطء بما فيه الكفاية للسماح للراتنج بالتدفق تحت والحفاظ على اتصال مع الجزء السفلي من الكائن. في ترسيب الطاقة الموجهة باستخدام مسحوق ، يتم استخدام ليزر عالي القدرة في إذابة مسحوق المعادن المزود لتركيز شعاع الليزر. تشبه عملية الطاقة الموجهة للمساحيق المغذية عملية التلبيد الانتقائي بالليزر ، ولكن يتم تطبيق المسحوق المعدني فقط عندما تتم إضافة المواد إلى الجزء في تلك اللحظة.
القرار والتسامح الطباعة
غالبًا ما تكون مفاهيم دقة الطباعة والتسامح مختلطة ، متراكبة ، وحتى متبادلة. يفضل بعض المصنعين استخدام مصطلح يشمل كلا المفهومين ، مثل الدقة البعدية.
يبدو أكثر منطقية أن تحيل دقة طابعة ثلاثية الأبعاد إلى القدرة على تحديد الموقع أو تمييز المسافة قبل حقن أو إيداع المواد ، في حين أن تحمل الطباعة سيعتمد ، بالإضافة إلى ذلك ، على عملية التجليد أو الانتهاء. والدليل الجيد على إمكانية اتخاذها كمفاهيم مختلفة هو أن التسامح الطباعي يعرض في الغالب قيمًا غير مواتية أكثر من الدقة.
في أي حال ، يمكن إعطاء الدقة في سماكة الطبقة ، بينما في مستوى XY ، يمكن إعطائها بالنقاط لكل بوصة (dpi). يبلغ سمك الطبقة النموذجية 100 ميكرون (0.1 مم) ، على الرغم من أن بعض الآلات مثل طبقات الطباعة Objet Connex رقيقة مثل 16 ميكرون. 20 دقة XY قابلة للمقارنة مع طابعات الليزر التقليدية. في الحالة التي تستخدم فيها العملية ، تكون الجسيمات ذات قطر من 50 إلى 100 ميكرون (0.05-0.1 ملم).
ويعتمد التسامح في الجزء الأخير ، بالإضافة إلى القرار الموصوف أعلاه ، على التكنولوجيا والمواد المستخدمة. وهي واحدة من أهم المعايير في اختيار عملية الطباعة والجهاز ، حيث أنها لا تحدد فقط تحمّل الأبعاد للقطعة ، ولكن إذا كانت هذه القطعة قابلة للتطبيق في حالة السماكات الصغيرة ، فإنها لا تعمل.
يبلغ حد التسامح الحالي لأجهزة DIY أو الأجهزة منخفضة التكلفة حوالي 0.1 – 0.2. بالنسبة للوظائف ذات الطلب الأكثر بعدية ، تستطيع بعض الشركات المصنعة ضمان التفاوتات في ترتيب عشرات المِكرونات.
حدود
معظم العمليات تولد ظروف سطح سيئة نسبيا ؛ غالبًا ما يكون من الضروري تجانس الأسطح بتقنيات تلميع أكثر أو أقل تعقيدًا. الخطوة الأخيرة Tribofinition تحسن بشكل كبير من حالة السطح على جميع وحدات التخزين من الجزء. مساحيق تشبه الماس عالية الأداء تضمن رع من أجل 15 إلى 20 ميكرون. من الممكن الوصول إلى قيم قريبة من 0.1 ميكرومتر أو أفضل. بعض تقنيات الطباعة ثلاثية الأبعاد تنبعث منها جسيمات متناهية الصغر (جسيمات متناهية الصغر). العمليات المعدنية التي تعتمد على ذوبان المسحوق تعطي أجزاء ضارة نسبيًا إذا كان المسحوق ضعيفًا في الجزء الأخير. الطباعة ثلاثية الأبعاد ، حاليًا (2018) ، لا تجعل من الممكن تصنيع سليكون مخدر (+ ، -) ، لجعل أشباه الموصلات.
مزايا
العديد من المواد القابلة للاستخدام. كن حذرًا ، الطابعة ليست متعددة الاستخدامات. وهي مصممة لنوع واحد فقط من المواد.
أوقات الإنتاج القصيرة: الطباعة ثلاثية الأبعاد لا تتطلب خطوة ما قبل التصنيع.
تصنيع الأشكال التي يمكن أن تكون معقدة للغاية: الأشكال الداخلية غير الناشئة ، القنوات الضيقة أو المساكن ، الملامح المعقدة ، إلخ.
تصنيع بدون تكاليف ثابتة: لا توجد عملية تصنيع ما قبل التصنيع ، أو صنع قالب ، أو نموذج أو خطوات أدوات محددة.
المصطلحات والتوحيد
المصطلح الإنجليزي العام للصناعة المضافة هو تصنيع المواد المضافة (AM). تم وصفها من قبل هيئة معايير ASTM بأنها “عملية تجميع المواد لجعل الكائنات من البيانات النموذجية ثلاثية الأبعاد ، عادةً طبقة فوق طبقة ، بدلاً من طرق التصنيع الطرحة. التصنيع الإضافي الآن يتكون من سبع عائلات قياسية لعمليات إضافة الطبقة: دمج الأسلاك من خلال فوهة التسخين (عملية FDM أو FFF) ، رش الموثق على ركيزة تشبه المسحوق (3DP) ، إسقاط قطرات المواد (Polyjet) ، تجميع الطبقات من صفائح أو ألواح قطع (Stratoconception) ، بلمرة راتنجات تحت تأثير الليزر أو مصدر الأشعة فوق البنفسجية (stereolithography) ، وتصلب السرير مسحوق تحت تأثير مصدر طاقة متوسط مع قوة عالية (الليزر) (SLS) وإسقاط تدفق مسحوق في تدفق طاقة الليزر (CLAD).
تطبيقات
في السيناريو الحالي ، تم استخدام الطباعة ثلاثية الأبعاد أو التصنيع الإضافي في قطاعات التصنيع والقطاعات الطبية والصناعية والاجتماعية والتي تسهل الطباعة ثلاثية الأبعاد أو التصنيع الإضافي لتصبح تكنولوجيا تجارية ناجحة. كان أول تطبيق للصناعات المضافة في نهاية مجموعة الأدوات من طيف التصنيع. على سبيل المثال ، كانت النماذج الأولية السريعة واحدة من أوائل المتغيرات المضافة ، وكانت مهمتها تقليل الوقت المستغرق وتكلفة تطوير نماذج أولية للأجزاء والأجهزة الجديدة ، والتي كانت تتم في وقت سابق فقط باستخدام طرق أدوات الأدوات الطروحة مثل الطحن باستخدام الحاسب الآلي والتحويل طحن دقيق. في عام 2010 ، دخل التصنيع الإضافي الإنتاج إلى حد أكبر.
التعليم
التطبيقات في التعليم لا حصر لها ، مما يساعد الطلاب على فهم وتصور المفاهيم المجردة. التطبيقات في العلوم الاجتماعية والطبيعية والرياضيات والفن والتاريخ وبالطبع التكنولوجيا قادرة على إحداث ثورة في النشاط التربوي.
العموميات
وتشمل التطبيقات النموذجية التصور التصميمي ، والنماذج / CAD ، والهندسة المعمارية ، والتعليم ، والصحة ، والترفيه. قد تشمل التطبيقات الأخرى إعادة بناء الحفريات في علم الأحافير ، وتكرار التحف أو قطع ذات قيمة خاصة في علم الآثار وإعادة بناء العظام وأجزاء الجسم في علم الطب الشرعي وعلم الأمراض.
طعام
تعدّ Foodini و ChefJet بعض أفضل طابعات الطعام ثلاثية الأبعاد المعروفة. يمكن للتكنولوجيا نفسها استبدال بعض العمليات وتخصيص المكونات ، سواء في الشكل والتكوين. بعض السلاسل التي تعمل عليها هي PepsiCo ، Singular Bread و Barilla. يشدد على خلق الطعام المصنوع من كتل الطحالب الدقيقة ، على الرغم من أن المكونات الأكثر شيوعا مع الشوكولاته والسكر.
علم الآثار
يسمح استخدام تقنيات المسح الضوئي ثلاثي الأبعاد بتكرار الأشياء الحقيقية دون استخدام عمليات القولبة ، والتي في كثير من الحالات يمكن أن تكون أكثر تكلفة وأكثر صعوبة وغزوًا لا يمكن تنفيذها. على وجه الخصوص ، مع الآثار الأثرية ذات القيمة الثقافية العالية حيث يمكن أن يؤدي الاتصال المباشر مع مواد القولبة إلى تلف سطح الكائن الأصلي.
موسيقى
لقد وجدت الطباعة ثلاثية الأبعاد دورًا في التطوير الفعال. إنه يسمح بإنتاج وتخصيص أدوات أو مكبرات صوت جديدة.
على سبيل المثال ، تصنع Odd غيتارات مطبوعة من النايلون. 3DVarius يخلق كمان من البلاستيك الكهربائية مستوحاة من نموذج ستراديفاريوس الشهير. تنتج شركة SYOS (الشكل بصوتها الخاص) أبواق ساكسفون مخصصة تتكيف مع إمكانيات وأسلوب الموسيقي.
فن
وفي الآونة الأخيرة ، تم اقتراح استخدام تقنيات الطباعة ثلاثية الأبعاد. استخدم الفنانون الطابعات ثلاثية الأبعاد بطرق مختلفة. خلال مهرجان لندن للتصميم ، أقيم مونتاج ، طورته موراي موس بهدف الطباعة ثلاثية الأبعاد ، في متحف فيكتوريا وألبرتو. كان يسمى التثبيت الصناعي الثورة 2.0: كيف العالم المادي سوف تتحقق حديثا.
هندسة معمارية
تتيح تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد إمكانية الإنشاء بطريقة دقيقة للغاية من خلال مراعاة التفاصيل الصغيرة جدًا وفي الوقت القليل. اكتشفت العديد من الشركات المعمارية إمكانات تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد خاصة في بناء النماذج.
موضه
كما لا يوجد نقص في الملابس المطبوعة ثلاثية الأبعاد في مواد مثل Filaflex؛ تقنية أفرغت المصممين مثل كارل لاغرفيلد ، وإريس فان هربن ، وميليندا لوي ، ودانييت بيلغ ، من بين آخرين. في الواقع ، يوجد حاليًا مسابقة تسمى 3D Fashion Day. من بين أكثر الطابعات ملحوظة من هذا النوع ، فإن الآلة الإسبانية تنتصر: The Kniterate.
الأسلحة والجيش
تقوم قيادة العمليات الخاصة للجيش الأمريكي ببناء “ثمانية مصانع متنقلة” يمكن وضعها في حاويات الشحن القياسية. وتستند هذه المصانع على تجربة ناجحة ، و MPH. هذا النوع من “المصانع الصغيرة” هو تتويج لفكرة المصنع ، مع تقنيات الطباعة ثلاثية الأبعاد.
علم الطيران
تمتلك شركة EADS ، الشركة الأم لـ Airbus ، خططًا لإنتاج جميع أجزاء الطائرات من خلال تقنيات الطباعة ثلاثية الأبعاد (ALM-enabled: تصنيع طبقة مضافة). تنتج إيرباص بالفعل أجزاءًا من هذه الطائرات بفضل عملية الطباعة ثلاثية الأبعاد ، خاصة للطراز A350 XWB. ما هو ذو قيمة بالنسبة للملاحة الجوية هو 30 إلى 55٪ من الأجزاء الأخف مقارنة بالمنتجات التقليدية والمصنوعة يدوياً. تبنت طائرة A350 بالفعل أكثر من 1000 قطعة مصنوعة بهذه الطريقة.
الطب والبحوث
يستفيد مجال الطب أيضًا من الطباعة ثلاثية الأبعاد ، مع إنشاء مادة شبيهة بالعظام أو إنشاء الأطراف الاصطناعية والزرعات (الفخذ الاصطناعي ، وأجهزة مساعدة الأسنان والسمع المخصصة) والهياكل الخارجية الشخصية. قام مؤخرا باحثون في AECS (جامعة ولونغونغ) بتصميم قلم رصاص ، BioPen ، قادر على طباعة الخلايا الجذعية (العصب ، العضلات ، العظام) في المناطق المصابة.
الأفراد و fab-lab
من شركات الطباعة ثلاثية الأبعاد لخلق الطلب واتخاذ رؤية خدمة الويب: إرسال خطط خاصة على موقع ، والدفع ، والطباعة ، (التجميع) وإرسال المنتج النهائي. وفي الوقت نفسه ، قامت شركة Fab-lab بإضفاء طابع ديمقراطي على التكنولوجيا ثلاثية الأبعاد ، وفي عام 2013 ، دعمت وزارة الانتعاش الصناعي الفرنسية مختبرات fab-labs (أو مختبرات التصنيع المضافة) ، باستخدام آلات الطباعة ثلاثية الأبعاد.
العمليات الصناعية
إنتاج واجهة السائل المستمر (CLIP)
يتم ترسيخ الراتنج السائل باستخدام صورة الأشعة فوق البنفسجية ، مما يسبب البلمرة الضوئية في بيئة يتم التحكم في محتواها من الأكسجين. إن طابعة CLIP المقدمة من Carbon3D مستوحاة من عملية مضافة معروفة جيداً في الطباعة الحجرية. إن استخدام صورة بدلاً من الليزر يجعل تقنية الطباعة هذه واحدة من أسرع التقنيات في السوق ، مما يقلل وقت الطباعة لبضع دقائق بدلاً من بضع ساعات لحجم نفس الكائن.
EBM (ذوبان الحزمة الإلكترونية)
عملية مماثلة لذوبان الليزر (الانتقائية بالليزر الذوبان) ، تستخدم هذه الطريقة شعاع الإلكترون ، مما يعطي أجزاء من أبعاد مماثلة ولكن مع بعض التغييرات في خصائص هذه.
FDM (نمذجة ترسيب المنصهر)
تتكون هذه التقنية من إذابة خيوط بلاستيكية حرارية (بشكل عام نوع ABS ABS أو PLA) من خلال فوهة (أو جهاز بثق) يتم تسخينها إلى درجة حرارة تتراوح بين 160 و 400 درجة مئوية حسب درجة حرارة اللدونة في البوليمر. يتم ترسيب الأسلاك المنصهرة ، التي يبلغ قطرها حوالي عُشر الملليمتر ، في النموذج ويتم لصقها بواسطة إعادة الذوبان على الطبقة السابقة.
النمذجة المودعة هي علامة تجارية لمخترع التكنولوجيا (Stratasys) التي وقعت في المجال العام في عام 2012.
FTI (تصوير نقل الفيلم)
يتم وضع طبقة شفافة مغلفة بطبقة من راتنج فوتوبوليمير أمام جهاز عرض فيديو مدمج في الماكينة ، فإن صورة القطع 2D المتوقع ستقوم بتصلب الراتنج. يتم لف صينية الإنتاج بسماكة في حين أن الفيلم الشفاف يقوم برحلة دائرية في الخرطوشة لاستقبال طبقة جديدة من راتينج السائل ، ويتم عرض صورة القطع 2D القادم عليه وهكذا. القطعة يعاد تشكيل طبقة بطبقة.
MJM (النمذجة متعددة النفاثات)
وتتكون هذه التقنية من ترسيب طبقة من راتنج (نوع أكريلات أو بولي بروبيلين) من النوع البلاستيكي بنفس الطريقة التي تستخدم فيها طابعة نافثة بالحبر بسماكة تتراوح من 2/100 إلى 4/100 ملم.
في عام 2014 ، تستخدم BMW France MJM في عملية حدث ، مما يخلق سيارات مصغرة غير عادية.
SLA (StereolithographyApparatus)
تستخدم هذه التقنية عادةً راتنجات خاصة حساسة لمعالجة أشعة الليزر. في نهاية كل طبقة صلبة ، يستمر الليزر في تسخين راتنج المعالجة ليشكل الجسم الكامل. هذه التقنية تجعل من الممكن طباعة نظارات السيليكا المصهورة الشفافة.
SLM (ذوبان الليزر الانتقائي)
هذه هي التقنية الأكثر استخدامًا لصنع الأجزاء المعدنية. يقدم حل وسط جيد بين الدقة والأبعاد. اسمه الفرنسي هو فيوجن ليزر.
إن استخدام ذبذبة الشعاع بالليزر ، تلبيد المعادن بالليزر المباشر ، يعني نفس العملية.
SLS (التصفية الانتقائية بالليزر)
هذه التقنية مشابهة للطباعة الحجرية ، ولكن يتم استخدام مسحوق (بدلا من فوتوبوليمير سائل). يعمل الليزر القوي على ترسيخ سطح المسحوق والتكتل إلى الطبقات السابقة بالتلبيد. ثم يتم نشر طبقة جديدة من المسحوق وتبدأ العملية مرة أخرى.
DMD (ترسب المعادن المباشرة)
ترتبط هذه الطرق بإسقاط مسحوق المعدن المنصهر بشكل عام بواسطة شعاع ليزر. يتيح محورين إضافيين التكيف مع الأشكال المعقدة. لتصنيع الأجزاء المعدنية ، هو مقدمة الانصهار بالليزر.