What Can’t 3D Printers Do? A Simple Look at the Limits

لقد استخدمت الطابعات ثلاثية الأبعاد لفترة طويلة، ورأيتها تصنع بعض الأشياء الرائعة حقًا. يمكنهم صنع نماذج سريعة، تسمى النماذج الأولية، وأدوات خاصة. يبدو الأمر وكأنهم يستطيعون فعل أي شيء. لكنني تعلمت أيضًا أن الطباعة ثلاثية الأبعاد، والتي تسمى أيضًا التصنيع بالإضافة، لديها أشياء لا يمكنها فعلها. إنها ليست صندوقًا سحريًا يصنع أي شيء تريده على الفور. يجب عليك قراءة هذا لأنني سأشارك ما تعلمته من استخدام هذه الآلات. ستساعدك معرفة هذه المشكلات في استخدام هذه التكنولوجيا الرائعة بطريقة أفضل وتمنعك من الانزعاج. سأخبرك الحقيقة الحقيقية حول الطباعة ثلاثية الأبعاد.

١. هل يمكن لطابعة ثلاثية الأبعاد طباعة أي تصميم حقًا؟

يشعر الكثير من الناس أنه إذا كان بإمكانك تصميمه، فيمكن للطابعة صنعه. مما رأيته، هذا ليس صحيحًا حقًا. تحتوي عملية الطباعة ثلاثية الأبعاد على قواعد خاصة لتصميمك يجب عليك اتباعها. على سبيل المثال، لا يمكن طباعة تصميم بأجزاء بارزة جدًا بدون مساعدة. فكر في طباعة جسر صغير في الهواء؛ ستسقط المادة الدافئة للأسفل. يمكن لبرامج الكمبيوتر إضافة حوامل صغيرة للدعم، ولكن عليك إزالتها لاحقًا. هذا عمل إضافي ويمكن أن يترك علامات على سطح الجزء. هذه مشكلة كبيرة يواجهها الكثير من الأشخاص الجدد في الطباعة ثلاثية الأبعاد.

يمكن أن يكون التصميم المعقد للغاية مشكلة أيضًا. الطباعة ثلاثية الأبعاد جيدة لصنع أشكال معقدة لا تستطيع الطرق القديمة لصنع الأشياء القيام بها. ولكن لا تزال هناك حدود. قد يكون من الصعب طباعة التفاصيل الصغيرة جدًا أو المسارات المتعرجة داخل الجزء بشكل جيد مرارًا وتكرارًا. تحتاج أيضًا إلى نموذج ثلاثي الأبعاد "مانع لتسرب الماء" أو "متعدد الشعب". هذا يعني أن تصميم الكمبيوتر الخاص بك يجب أن يكون شكلًا صلبًا بدون ثقوب فيه. إذا لم يكن النموذج مثاليًا، فيمكن لبرنامج الطابعة أن يختلط ولن تعمل الطباعة. هذه مشكلة شائعة تحتاج إلى إصلاحها بعمل دقيق على نموذج الكمبيوتر.

١. كيف يؤثر حجم الجزء على الطباعة ثلاثية الأبعاد؟

أحد الأشياء الأولى التي يسألها الناس هو حجم الكائن الذي يمكنهم طباعته. الإجابة البسيطة هي أنك عالق بحجم البناء الخاص بطابعتك ثلاثية الأبعاد. تحتوي معظم الطابعات المنزلية التي يستخدمها الأشخاص على منطقة بناء تبلغ حوالي 8 إلى 12 بوصة على كل جانب. إذا كنت ترغب في طباعة شيء أكبر، فيجب عليك تقسيم التصميم إلى أجزاء أصغر ووضعها معًا بعد طباعتها. هذه الطريقة تعمل، لكنها تستغرق وقتًا أطول ويمكن أن تجعل الكائن ضعيفًا في مكان اتصال الأجزاء.

من ناحية أخرى، يمكن أن تكون الطابعات ثلاثية الأبعاد للصناعة أكبر بكثير. يمكن للبعض طباعة أشياء بعرض عدة أقدام. حتى أن هناك طابعات ضخمة يمكنها طباعة منازل كاملة من الأسمنت. لكن هذه الآلات الكبيرة تكلف الكثير من المال وليست شيئًا تملكه في المنزل. لذلك بالنسبة لمعظم الناس، فإن حجم الكائن الذي يمكنك بناؤه دفعة واحدة هو حد كبير لعملية الطباعة ثلاثية الأبعاد. يعد الاضطرار إلى تقسيم جزء كبير مشكلة شائعة تغير طريقة تصميمك وصنعك لشيء ما.

هل الطباعة ثلاثية الأبعاد عملية فورية؟

غالبًا ما يعتقد الناس أن الطباعة ثلاثية الأبعاد فورية، وأنك تضغط فقط على زر ويظهر الكائن الخاص بك. يمكنني أن أخبرك من استخدامها، هذا ليس صحيحًا على الإطلاق. يمكن أن تكون عملية الطباعة ثلاثية الأبعاد بطيئة جدًا. بناءً على حجم الجزء ومدى صعوبة صنعه، يمكن أن تستغرق الطباعة الواحدة من بضع ساعات إلى عدة أيام. قد يستغرق كائن صغير وسهل ساعة واحدة، ولكن يمكن أن يستغرق نموذج أولي كبير ومفصل أكثر من 40 ساعة.

تعتمد سرعة الطابعة ثلاثية الأبعاد على تقنيتها والإعدادات التي تختارها. على سبيل المثال، إذا قمت بالطباعة بطبقات أرق للحصول على سطح أجمل، فسيكون وقت الطباعة أطول بكثير. هذا الاختيار بين السرعة والجودة هو مشكلة تواجهها دائمًا. تحاول الصناعة دائمًا صنع آلات أسرع. لكن الطباعة ثلاثية الأبعاد لا تزال ليست طريقة لصنع آلاف الأجزاء بسرعة مثل طرق الإنتاج القديمة. حقيقة أنها ليست فورية هي شيء أساسي حيث يختلف ما يتوقعه الناس عما هو حقيقي.

ما مدى قوة الجزء المطبوع ثلاثي الأبعاد؟

تعتبر مدى قوة الجزء المطبوع ثلاثي الأبعاد موضوعًا كبيرًا في الصناعة. نظرًا لأن الأجزاء مصنوعة طبقة تلو الأخرى، فإنها تتمتع بنوع معين من الضعف. إنها أضعف بين الطبقات من المادة نفسها. فكر في الأمر على أنه كومة من الورق. من السهل سحب ورقة واحدة من الأعلى، ولكن من الصعب تمزيق الكومة بأكملها. هذه خاصية أساسية لتقنيات الطباعة ثلاثية الأبعاد، ويمكن أن تغير المدة التي يدوم فيها المنتج النهائي.

المادة التي تستخدمها تحدث فرقًا كبيرًا في مدى قوة الجزء. المواد البلاستيكية العادية مثل PLA قوية ولكن يمكن أن تنكسر بسهولة. المواد مثل ABS و PETG أفضل في تلقي الضربات. بالنسبة للوظائف التي تحتاج إلى أجزاء قوية جدًا، تستخدم الصناعة طباعة ثلاثية الأبعاد متقدمة بمواد مثل النايلون أو حتى الخيوط التي تحتوي على ألياف الكربون فيها. ولكن حتى مع هذه المواد، فإن الجزء المطبوع ثلاثي الأبعاد عادة ما يكون ليس بنفس قوة الجزء المصنوع بالطريقة القديمة، مثل القالب. القالب يصنع جسمًا صلبًا واحدًا. التحدي هو تصميم الجزء ووضعه بالطريقة الصحيحة للطباعة، للتأكد من أن الطبقات يمكن أن تتحمل الضغط الذي سيحصل عليه الجزء.

هل سيكون لتصميمك سطح أملس مثالي؟

الفكرة الخاطئة الشائعة هي أن الجزء المطبوع ثلاثي الأبعاد يخرج من الجهاز بسطح أملس ومثالي. الحقيقة هي أن شكل سطح الطباعة يمكن أن يكون مختلفًا جدًا. تترك معظم طرق الطباعة ثلاثية الأبعاد، مثل FDM المستخدمة في العديد من الطابعات المنزلية، خطوطًا على سطح الكائن. هذا يعطي الجزء ملمسًا وعرًا. ستغير مدى وضوح الطابعة وارتفاع الطبقة الذي تحدده مقدار ما يمكنك رؤيته من هذه الخطوط.

للحصول على سطح أملس، تحتاج معظم المطبوعات ثلاثية الأبعاد إلى عمل بعد الانتهاء منها. يمكن أن يكون هذا الصنفرة أو التلميع أو استخدام المواد الكيميائية لإذابة السطح الخارجي قليلاً. تضيف هذه الخطوات المزيد من الوقت والعمل إلى عملية الإنتاج. يمكن لبعض تقنيات الطباعة ثلاثية الأبعاد، مثل SLA، أن تصنع سطحًا أكثر سلاسة من الجهاز مباشرةً. لكنهم غالبًا ما يستخدمون مواد ليست بنفس القوة. يمثل الحصول على سطح عالي الجودة تحديًا قد يحتاج إلى الكثير من العمل الإضافي بعد الانتهاء من الطباعة. يمكن أن يعتمد الشكل النهائي للمنتج حقًا على هذا العمل الإضافي.

ما هي مشكلة سمك الجدار في التصميم؟

عند تصميم تصميم للطباعة ثلاثية الأبعاد، فإن أحد أهم الأشياء التي يجب التفكير فيها هو سمك الجدار. هذا هو سمك الجدران الخارجية للكائن الخاص بك. إذا قمت بتصميم جدار رقيق جدًا، فقد يكون ذلك مشكلة كبيرة. قد يكون الجزء ضعيفًا جدًا وينكسر بسهولة. أو قد لا تتم طباعته حتى لأن الجزء صغير جدًا بحيث لا يمكن للطابعة صنعه. هذه مشكلة شائعة يمكن أن تتسبب في فشل المطبوعات وإهدار المواد.

على الجانب الآخر، يمكن أن يتسبب جعل الجدار سميكًا جدًا في حدوث مشاكل أيضًا. يستخدم المزيد من المواد، مما يزيد من التكلفة ووقت الطباعة. يمكن أن تؤدي الجدران السميكة جدًا أيضًا إلى مشاكل مثل الانحناء أو التشقق مع تبريد المادة. يعتمد أفضل سمك للجدار على تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد والمادة التي تستخدمها وحجم فوهة الطابعة. على سبيل المثال، القاعدة الجيدة للعديد من الطابعات هي جعل سمك الجدار ضعف حجم الفوهة على الأقل لعمل بناء قوي. يعد العثور على السمك المناسب جزءًا أساسيًا من النمذجة ثلاثية الأبعاد الجيدة للتصنيع بالإضافة.

ما هي التكلفة الحقيقية لطباعة جزء؟

تكلفة الطباعة ثلاثية الأبعاد ليست مجرد سعر الطابعة ثلاثية الأبعاد. لقد تعلمت أن الكثير من الناس ينسون التكاليف الأخرى، مثل المواد وإصلاح الجهاز والمطبوعات التي لا تعمل. يمكنك العثور على بعض الطابعات منخفضة التكلفة. لكن المواد، خاصة بالنسبة لوظائف الطباعة ثلاثية الأبعاد المتقدمة، يمكن أن تكلف الكثير. تعتبر تكلفة مساحيق المعادن الخاصة أو المواد البلاستيكية القوية جزءًا كبيرًا من التكلفة الإجمالية للجزء.

جزء آخر من التكلفة هو الوقت الذي يستغرقه طباعة كائن ما. بالنسبة للشركة، فإن الجهاز الذي يعمل لمدة 20 ساعة لصنع نموذج أولي واحد يمثل تكلفة حقيقية. أيضًا، الطباعة ثلاثية الأبعاد ليست عملية مثالية. يمكن أن تفشل المطبوعات. عندما يفعلون ذلك، فإنهم يهدرون المواد والوقت، مما يزيد من التكلفة. عندما تنظر إلى تكلفة كل جزء، فإن الطباعة ثلاثية الأبعاد رائعة لنموذج أولي واحد أو عدد صغير من المنتجات المخصصة. ولكن لصنع الكثير من شيء ما، تصبح طرق الإنتاج القديمة أرخص بكثير لكل جزء.

١. ما مدى صعوبة عملية اختيار المواد؟

يعد اختيار المادة المناسبة خطوة مهمة للغاية في عملية الطباعة ثلاثية الأبعاد، ويمكن أن يكون مشكلة حقيقية. هناك عدد أقل من المواد المتاحة للطباعة ثلاثية الأبعاد مقارنة بالطرق القديمة للتصنيع. تستخدم معظم الطابعات للاستخدام المنزلي مجموعة صغيرة من المواد البلاستيكية مثل PLA و ABS. يتزايد عدد المواد المختلفة، مع وجود مواد يمكن أن تنحني أو تتعامل مع الحرارة. لكن الاختيار لا يزال غير ضخم.

لكل مادة خصائصها الخاصة التي تحتاج إلى مطابقتها مع وظيفتك. على سبيل المثال، إذا كنت بحاجة إلى جزء يمكن أن ينحني ولا ينكسر، فيمكنك استخدام خيوط مرنة. إذا كنت بحاجة إلى جزء لصناعة السيارات، فقد تحتاج إلى مادة يمكنها تحمل الحرارة العالية. التحدي هو أنه لا يمكن استخدام جميع المواد على جميع الآلات. تحتاج بعض المواد إلى منطقة بناء دافئة أو نوع خاص من الأدوات لدفع المادة للخارج. هذا يجعل اختيار المواد مهمة صعبة تحتاج إلى معرفة.

هل من الممكن طباعة الإلكترونيات المعقدة؟

أحد الحدود الكبيرة لتقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد اليوم هو أنها لا تستطيع طباعة أشياء معقدة مصنوعة من مواد متعددة، مثل الهاتف الذكي، دفعة واحدة. يتكون منتج إلكتروني جديد من أجزاء مختلفة كثيرة، مثل المواد البلاستيكية والمعادن والزجاج والبطاريات ولوحات الدوائر. يمكن للطابعة ثلاثية الأبعاد العادية طباعة نوع واحد فقط من المواد في المرة الواحدة. يمكن لبعض تقنيات الطباعة ثلاثية الأبعاد المتقدمة استخدام أكثر من مادة واحدة، لكنها لا تزال محدودة للغاية.

لا تزال فكرة طباعة أداة إلكترونية كاملة وعاملة قيد العمل عليها. تبحث الصناعة في طرق مثل استخدام خيوط خاصة تحمل الكهرباء لطباعة دوائر بسيطة. لكننا بعيدون عن طباعة الإلكترونيات المعقدة. لبناء منتج عامل، لا تزال بحاجة إلى طباعة الأجزاء البلاستيكية. ثم عليك تجميعها مع الأجزاء الإلكترونية التي تم تصنيعها بشكل منفصل. هذا مجال رئيسي لا تستطيع فيه الطباعة ثلاثية الأبعاد حتى الآن فعل ما تفعله طرق الإنتاج القديمة. يعد إجراء هذا النوع من الإنتاج المعقد هدفًا مستقبليًا للتكنولوجيا.

هل توفر الطباعة ثلاثية الأبعاد إمكانية تكرار مثالية؟

في صناعة الأشياء، تعني إمكانية التكرار أنه يمكنك إنتاج نفس الجزء تمامًا مرارًا وتكرارًا. هذا مجال يمكن أن تكون فيه الطباعة ثلاثية الأبعاد تحديًا. تتمتع الآلات الصناعية عالية التكلفة بإمكانية تكرار جيدة. لكن الطابعات المنزلية منخفضة التكلفة يمكن أن تواجه صعوبة في صنع نفس الجزء في كل مرة. يمكن للتغييرات الصغيرة في إعداد الطابعة أو المادة أو حتى حرارة الغرفة أن تغير الحجم والجودة النهائية للطباعة.

يمكن أن يكون هذا النقص في إمكانية التكرار المثالية مشكلة بالنسبة للأجزاء المستخدمة النهائية التي تحتاج إلى أن تتناسب معًا تمامًا. بالنسبة لشخص يصنع كائنًا واحدًا للمتعة، قد لا تكون هذه مشكلة كبيرة. ولكن بالنسبة لشركة تحتاج إلى صنع 100 جزء كلها متشابهة، فقد تكون مشكلة كبيرة. للحصول على إمكانية تكرار جيدة، تحتاج إلى الاعتناء الجيد بالجهاز، وأن يكون لديك غرفة يتم التحكم فيها، والتحقق من جودة الأجزاء. هذا سبب آخر يجعل الطباعة ثلاثية الأبعاد غالبًا ما تكون أفضل لنموذج أولي أو إنتاج مخصص واحد بدلاً من صنع الأشياء على نطاق واسع.

١. أشياء أساسية يجب تذكرها:

• حدود التصميم: لا يمكنك طباعة أي تصميم. الأجزاء البارزة والنماذج ذات الثقوب تمثل تحديًا.
• حدود الحجم: يتم تحديد حجم الطباعة من خلال منطقة بناء الجهاز. يجب صنع الأشياء الكبيرة على شكل قطع.
• سرعة بطيئة: الطباعة ثلاثية الأبعاد ليست فورية. يمكن أن تستغرق المطبوعات ساعات أو أيامًا عديدة.
• قوة الجزء: الأجزاء المطبوعة أضعف بين طبقاتها مقارنة بالأجزاء الصلبة المصنوعة بالطرق القديمة.
• مظهر السطح: عادة ما تحتوي المطبوعات على خطوط وتحتاج إلى عمل إضافي مثل الصنفرة لتكون ناعمة.
• اختيار المواد: اختيار المواد صغير مقارنة بالطرق القديمة ويجب اختياره بعناية للوظيفة.
• Cost: تشمل التكلفة الحقيقية المواد ووقت تشغيل الجهاز والمطبوعات الفاشلة، لذلك فهي ليست رائعة لصنع العديد من العناصر.
• كائنات معقدة: طباعة الأشياء التي تحتوي على أجزاء كثيرة، مثل الإلكترونيات، دفعة واحدة غير ممكنة حتى الآن.
• صنع نفس الجزء: قد يكون الحصول على نفس الجودة والحجم عبر العديد من المطبوعات أمرًا صعبًا، خاصة مع الطابعات الأرخص.