أنواع تقنيات الطباعة ثلاثية الأبعاد المختلفة: دليل سهل لعملية الطباعة ثلاثية الأبعاد

ليست كل الطباعة ثلاثية الأبعاد متشابهة. هناك أنواع مختلفة من الطباعة ثلاثية الأبعاد. لكل منها نقاط جيدة ونقاط سيئة خاصة بها. قد يكون من الصعب فهمها. هذه المقالة هنا لمساعدتك. سأشرح تقنيات الطباعة ثلاثية الأبعاد الأكثر شيوعًا بطريقة سهلة. ستتعلم كيف تعمل كل عملية طباعة ثلاثية الأبعاد، وما هي المواد التي تستخدمها، وما هي جيدة في صنعه. سيساعدك هذا الدليل في اختيار أفضل تقنية طباعة ثلاثية الأبعاد لمشاريعك الخاصة.

ما هو نمذجة الترسيب المنصهر (FDM) وكيف تستخدم خيوطًا؟

اسمح لي أن أبدأ بنوع تكنولوجيا الطباعة ثلاثية الأبعاد التي يعرفها معظم الناس. يطلق عليه نمذجة الترسيب المنصهر، أو FDM. أتذكر رؤية أول طابعة FDM لي في ورشة عمل. كان من الرائع حقًا مشاهدتها وهي تبني كائنًا طبقة واحدة في كل مرة. تعمل طابعة FDM كثيرًا مثل مسدس الغراء الساخن. يستخدم خيطًا طويلًا من البلاستيك يسمى الفتيل. تقوم الطابعة بتسخين قطعة صغيرة من خيوط البلاستيك. يسخنها حتى تذوب. ثم يضغط البلاستيك المنصهر من طرف صغير.

تحرك الطابعة هذا الطرف لرسم شكل طبقة واحدة من الكائن. بعد الانتهاء من تلك الطبقة، تتحرك اللوحة التي تبني عليها إلى أسفل قليلاً. ثم تبدأ الطابعة في رسم الطبقة التالية مباشرة فوق الطبقة الأولى. تتم هذه العملية مرارًا وتكرارًا. هذه هي واحدة من أكثر طرق الطباعة ثلاثية الأبعاد شيوعًا. تستمر طابعة FDM في إضافة طبقة أخرى. يفعل ذلك حتى يتم الانتهاء من الطباعة ثلاثية الأبعاد بأكملها. هذا هو السبب في أنه يمكنك غالبًا رؤية خطوط رفيعة على طباعة FDM ثلاثية الأبعاد.

طباعة FDM تحظى بشعبية كبيرة. وذلك لأن الطابعات ليست باهظة الثمن وهي بسيطة الاستخدام. مادة اللدائن الحرارية، مثل خيوط البلاستيك، رخيصة أيضًا. هذا يجعلها خيارًا رائعًا لعمل نموذج أولي بسيط. كما أنها رائعة للأشخاص الذين يفعلون ذلك من أجل المتعة. ولكن، أجزاء FDM ليست دائمًا قوية أو مفصلة مثل الأجزاء المصنوعة بتقنيات الطباعة ثلاثية الأبعاد الأخرى. عادة ما يكون لديهم ملمس خشن في الخارج. ولكن للحصول على طباعة ثلاثية الأبعاد سريعة ورخيصة، فإن نمذجة الترسيب المنصهر هي خيار رائع.

كيف تستخدم الطباعة المجسمة (SLA) الليزر لإنشاء طباعة ثلاثية الأبعاد؟

الآن، يمكننا التحدث عن التصوير المجسم، أو SLA. كانت هذه هي الأولى من بين تقنيات الطباعة ثلاثية الأبعاد التي تم اختراعها. أعتقد أن SLA رائع حقًا لأنه يمكنه صنع أشياء بتفاصيل صغيرة. طابعة SLA ليست هي نفسها على الإطلاق مثل طابعة FDM. لا يستخدم خيوط بلاستيكية. بدلاً من ذلك، يستخدم بلاستيك سائل. يسمى هذا السائل راتينج ضوئي. تحتوي الطابعة على حاوية من هذا الراتينج السائل. كما أن لديها منصة بناء في الداخل. تستخدم طابعة SLA ليزرًا خاصًا للأشعة فوق البنفسجية (UV) لإنشاء الطباعة ثلاثية الأبعاد.

عملية الطباعة ثلاثية الأبعاد لـ SLA دقيقة للغاية. يتم توجيه شعاع ليزر UV إلى حاوية الراتينج. يرسم الليزر بعناية الطبقة الأولى من الكائن. عندما يضرب ضوء الليزر الراتينج السائل، يتصلب السائل على الفور. وهذا ما يسمى العلاج. عند الانتهاء من الطبقة، تتحرك منصة البناء لأعلى أو لأسفل قليلاً. ثم تستعد الطابعة لعمل الطبقة التالية. تستمر عملية SL هذه حتى يتم الانتهاء من الطباعة ثلاثية الأبعاد بالكامل. يحتاج هذا النوع من الطباعة ثلاثية الأبعاد إلى هياكل دعم لدعم الأجزاء البارزة.

غالبًا ما أقترح SLA عندما يحتاج العميل إلى نموذج أولي بسطح خارجي أملس جدًا وتفاصيل صغيرة جدًا. تبدو أجزاء SLA تقريبًا كما لو كانت مصنوعة في قالب مصنع. الجودة جيدة حقًا. تعد تقنية SL رائعة لصنع أشياء مثل التماثيل الصغيرة وقوالب المجوهرات والنماذج التي تحتوي على الكثير من التفاصيل. يمكن أن يكلف الراتينج وطابعة SLA المزيد من المال. لكن المظهر الرائع للطباعة ثلاثية الأبعاد النهائية غالبًا ما يستحق التكلفة الإضافية. هذا نوع شائع جدًا من الطباعة ثلاثية الأبعاد. SL هي أداة مفيدة جدًا. تستخدم الكثير من وظائف الطباعة ثلاثية الأبعاد SLA.

ما هي معالجة الضوء الرقمي (DLP) وكيف تختلف عن SLA؟

المعالجة الرقمية للضوء، أو DLP، هي نوع آخر من الطباعة ثلاثية الأبعاد التي تستخدم الراتينج. إنه يشبه إلى حد كبير SLA، ولكن هناك فرقًا كبيرًا واحدًا. أحب أن أتخيل أن DLP هو ابن عم لـ SLA. كلاهما يستخدم بوليمر ضوئي سائل لعمل طباعة ثلاثية الأبعاد. كلاهما يستخدم الضوء لعلاج الراتينج. لكن الطريقة التي يستخدمون بها هذا الضوء هي ما يجعلهم مختلفين. تستخدم طابعة SLA شعاع ليزر لرسم كل طبقة. تستخدم طابعة DLP طريقة أخرى.

تستخدم طابعة DLP شاشة خاصة. إنه مثل شاشة لجهاز عرض الأفلام. تعرض هذه الشاشة صورة لطبقة كاملة في نفس الوقت. يمكنك التفكير في الأمر على أنه استخدام ختم مطاطي. يعالج الطبقة الكاملة من الراتينج بفلاش واحد فقط من الضوء. نظرًا لأنه يصنع الطبقة بأكملها مرة واحدة، يمكن أن يكون DLP غالبًا أسرع من SLA. هذا صحيح بشكل خاص بالنسبة للأجزاء الصلبة الأكبر حجمًا. عملية الطباعة ثلاثية الأبعاد أسرع. هذه فائدة كبيرة للمعالجة الرقمية للضوء. يمكن الانتهاء من الطباعة ثلاثية الأبعاد بسرعة كبيرة.

جودة طباعة DLP ثلاثية الأبعاد جيدة جدًا. يتميز بلمسة نهائية رائعة للسطح، وهو يشبه إلى حد كبير SLA. هاتان الطريقتان المختلفتان للطباعة ثلاثية الأبعاد رائعتان لصنع أشياء بها الكثير من التفاصيل الصغيرة. يستخدم الأشخاص المعالجة الرقمية للضوء للعديد من المشاريع نفسها مثل SLA. على سبيل المثال، يستخدمونه لعمل نموذج أولي مفصل أو نماذج لأطباء الأسنان. يعتمد الاختيار الرئيسي بين SL و DLP عادةً على السرعة وطراز الطابعة الدقيق. كلاهما من تقنيات الطباعة ثلاثية الأبعاد الرائعة. ستكون الطباعة ثلاثية الأبعاد النهائية جيدة جدًا.

كيف تقوم عملية التلبيد الانتقائي بالليزر (SLS) بلصق المسحوق معًا؟

دعنا ننتقل من السوائل إلى المساحيق. هذا هو المكان الذي تصبح فيه الأمور مثيرة للاهتمام حقًا بالنسبة لي. تلبيد الليزر الانتقائي (SLS) هو أحد أنواع الطباعة ثلاثية الأبعاد التي تستخدم مسحوقًا. عادة ما يكون نوعًا من البلاستيك مثل النايلون. تضع طابعة SLS طبقة رقيقة جدًا من هذا المسحوق فوق منطقة البناء. هذه طريقة طباعة ثلاثية الأبعاد رائعة.

بمجرد وضع طبقة المسحوق، يبدأ ليزر قوي في العمل. يتحرك شعاع الليزر فوق المسحوق. يسخن بعض البقع، بناءً على تصميم CAD ثلاثي الأبعاد. يسخن الليزر المسحوق حتى يذوب ويلتصق ببعضه البعض. وهذا ما يسمى أيضًا بالاندماج. ثم تضع الطابعة طبقة أخرى من المسحوق في الأعلى. يسخن الليزر الطبقة التالية، مما يجعلها تلتصق بالطبقة الموجودة أسفلها. يتم بناء الطباعة ثلاثية الأبعاد بهذه الطريقة داخل حاوية من مسحوق النايلون.

أحد أفضل الأشياء في SLS هو أنه لا يحتاج إلى هياكل دعم. يرفع المسحوق السائب حول الجسم الطباعة ثلاثية الأبعاد أثناء صنعها. يتيح لك ذلك عمل أشكال يصعب صنعها. سيكون من الصعب إنشاء هذه الأشكال باستخدام FDM أو SLA. نظرًا لأن أجزاء SLS مصنوعة من مواد مثل النايلون، فهي قوية جدًا ومتينة. هذا يجعل SLS رائعًا للأجزاء التي تعمل بالفعل، والأجزاء التي تتشابك معًا، والنماذج الأولية التي تحتاج إلى اختبار. الطباعة ثلاثية الأبعاد قوية جدًا.

ما الذي يجعل تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد بالاندماج النفث المتعدد (MJF) عملية خاصة؟

Multi Jet Fusion، أو MJF، هو نوع جديد من عملية الطباعة ثلاثية الأبعاد يشبه SLS. كنت متحمسًا جدًا عندما تم صنع تقنية MJF لأول مرة. كما أنه يبني أجزاء من حاوية من مسحوق النايلون. لكنه لا يستخدم الليزر لجعل المسحوق يلتصق ببعضه البعض. بدلاً من ذلك، تستخدم MJF طريقة مختلفة وأسرع. تحتوي طابعة MJF على صف من البخاخات الصغيرة، تشبه إلى حد كبير طابعة الورق ثنائية الأبعاد.

تضع الطابعة طبقة رقيقة من المسحوق. ثم يتحرك رأس الرش فوقه. يرش سائلًا خاصًا، يسمى عامل الصهر، على مناطق المسحوق التي ستصبح الطباعة ثلاثية الأبعاد. كما أنه يرش عامل تفصيل حول الحواف لجعلها حادة. بعد رش السوائل، يتحرك مصباح تسخين خاص فوق المسحوق. يمتص عامل الصهر هذه الحرارة. هذا يذيب مسحوق النايلون ويجعله يلتصق ببعضه البعض. تبقى المنطقة التي تحتوي على عامل التفصيل على شكل مسحوق.

عملية MJF هذه سريعة جدًا. يمكنها إنتاج أجزاء من مسحوق النايلون أسرع بكثير من العديد من خيارات الطباعة ثلاثية الأبعاد الأخرى. أجزاء MJF قوية ومرنة للغاية. كما أن لديها لمسة نهائية للسطح أفضل قليلاً من أجزاء SLS. لقد رأيت MJF يستخدم لصنع الأجزاء النهائية، وليس مجرد نموذج أولي. إنها واحدة من تقنيات التصنيع القوية التي يمكنك استخدامها للطباعة ثلاثية الأبعاد. الطباعة ثلاثية الأبعاد صعبة للغاية.

هل يمكنك صنع طباعة ثلاثية الأبعاد باستخدام المعدن عن طريق تلبيد المعادن بالليزر المباشر (DMLS)؟

نعم، يمكنك بالتأكيد الطباعة ثلاثية الأبعاد بالمعدن! هذه واحدة من أكثر تقنيات الطباعة ثلاثية الأبعاد عالية التقنية. إحدى طرق القيام بذلك هي تلبيد الليزر المعدني المباشر، أو DMLS. تشبه عملية DMLS إلى حد كبير SLS. لكنها تستخدم مسحوق معدني صغير جدًا بدلاً من مسحوق البلاستيك. يمكن أن يكون هذا فولاذًا أو ألومنيوم أو تيتانيوم أو خلطات معدنية أخرى. طابعة DMLS هي آلة قوية جدًا.

تمامًا كما هو الحال في SLS، تضع طابعة DMLS طبقة رقيقة من المسحوق المعدني. ثم يقوم ليزر قوي جدًا بمسح الطبقة. الليزر قوي بما يكفي لإذابة أجزاء صغيرة من المعدن حتى تلتصق ببعضها البعض. بعد وضع طبقة واحدة ولصقها معًا، تضع الآلة طبقة أخرى من المسحوق. ثم يلصق الليزر هذه الطبقة الجديدة بالطبقة الموجودة أسفلها. يستمر هذا حتى تحصل على أجزاء معدنية صلبة. طريقة الطباعة ثلاثية الأبعاد هذه مذهلة.

يستخدم تلبيد الليزر المعدني المباشر لصنع أجزاء معدنية قوية وخفيفة ومعقدة. لقد رأيته يستخدم لأجزاء الطائرات وأجزاء الجسم الطبية ولصنع أدوات خاصة. تتيح عملية DMLS للمهندسين إنشاء أجزاء معدنية بتصميمات صعبة. سيكون من المستحيل صنع هذه التصميمات بالطرق القديمة لصنع الأشياء. يمكن أن تكون الطباعة ثلاثية الأبعاد معقدة للغاية. يمكن لتقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد هذه تشكيل أجزاء بلاستيكية ومعدنية.

ما هو صهر الحزمة الإلكترونية (EBM) وكيف يذيب المعدن معًا؟

صهر الحزمة الإلكترونية، أو EBM، هو طريقة أخرى لعمل طباعة ثلاثية الأبعاد بالمعدن. إنه يشبه DMLS لأنه يستخدم أيضًا مسحوقًا ويصهره معًا لبناء أجزاء معدنية. ولكن بدلاً من الليزر، تستخدم EBM حزمة إلكترونية قوية. هذا فرق مهم جدا. تحدث العملية برمتها في مكان لا يوجد فيه هواء، في درجات حرارة شديدة الحرارة.

الحزمة الإلكترونية أقوى بكثير من الليزر المستخدم في DMLS. تتيح هذه القوة إذابة المسحوق المعدني بالكامل. هذا يخلق أجزاء قوية جدًا بصفات مادية رائعة. تساعد درجة الحرارة الساخنة في منطقة البناء على منع الطباعة ثلاثية الأبعاد النهائية من الانحناء أو التشقق. هذا يعني أن الأجزاء أقل عرضة للمشاكل. غالبًا ما يستخدم صهر الحزمة الإلكترونية مع مواد مثل خلطات التيتانيوم.

EBM هو خيار رائع لصنع الأجزاء التي تحتاج إلى أن تكون قوية جدًا وتعمل بشكل جيد. غالبًا ما يستخدم في مجالات الطيران والطب. الأجزاء المصنوعة بهذه العملية للطباعة ثلاثية الأبعاد صلبة وقوية جدًا. ذوبان المسحوق المعدني شامل للغاية. تكلف الآلات الكثير من المال. لكن القدرة على صنع أجزاء معدنية قوية ومعقدة للغاية تجعل EBM أحد الأنواع الرئيسية لتقنيات الطباعة ثلاثية الأبعاد للوظائف المهمة.

كيف تضع تقنية PolyJet المواد؟

PolyJet هو نوع خاص من تكنولوجيا الطباعة ثلاثية الأبعاد. إنه يعمل مثل طابعة ورق نافثة للحبر عادية، ولكنه يبني في 3D. أجد PolyJet مثيرًا للاهتمام حقًا. وذلك لأنه يمكنه الطباعة بمواد وألوان مختلفة في طباعة ثلاثية الأبعاد واحدة فقط. تحتوي طابعة PolyJet على رأس طباعة به مئات البخاخات الصغيرة جدًا. يرش هذا الرأس قطرات صغيرة من راتينج البوليمر الضوئي على منصة بناء.

عندما تضع الطابعة هذه القطرات من البوليمر الضوئي، يضيء عليها ضوء الأشعة فوق البنفسجية. هذا يجعلها صلبة على الفور، وتحولها من سائل إلى مادة صلبة. تتم هذه العملية مرارًا وتكرارًا، طبقة تلو الأخرى، لبناء الطباعة ثلاثية الأبعاد. نظرًا لأنه يمكنه استخدام مواد مختلفة في نفس الوقت، يمكن لطابعة PolyJet عمل نموذج أولي يحتوي على أجزاء بلاستيكية صلبة وأجزاء ناعمة قابلة للانحناء. يمكنه حتى مزج المواد لإنشاء مستويات مختلفة من الصلابة أو ظلال مختلفة من الألوان.

PolyJet هي طريقة أخرى للطباعة ثلاثية الأبعاد بالبلاستيك تشتهر بصنع نماذج تبدو حقيقية جدًا. إنه يصنع سطحًا أملسًا للغاية ولديه مستويات عالية جدًا من التفاصيل. لقد استخدمته لإنشاء نماذج جميلة لأجزاء الجسم والموائع الدقيقة. في بعض الأحيان لا تكون الأجزاء قوية بما يكفي للاختبارات الواقعية. ولكن بالنسبة للنموذج الأولي الذي يحتاج إلى مظهر جيد، فإن PolyJet هي واحدة من أفضل تقنيات الطباعة ثلاثية الأبعاد. PolyJet هو خيار آخر للطباعة ثلاثية الأبعاد بالبلاستيك وهو رائع حقًا.

ما هي تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد المناسبة لي؟

قد يبدو اختيار التقنية المناسبة من بين الأنواع المختلفة للطباعة ثلاثية الأبعاد أمرًا صعبًا. أخبر الناس أن يفكروا في ثلاثة أشياء. ما الذي سيستخدم الجزء من أجله؟ ما هو مقدار التفاصيل التي تحتاجها؟ وكم من المال يمكنك إنفاقه؟ يقدم الرسم البياني أدناه مقارنة سهلة لبعض أنواع الطباعة ثلاثية الأبعاد التي تحدثنا عنها.

إذا كنت بدأت للتو، فإن طابعة FDM هي خيار رائع. إذا كنت بحاجة إلى نموذج أولي جميل بسطح مثالي، فيجب أن تنظر إلى SLA أو PolyJet. بالنسبة للأجزاء البلاستيكية القوية التي تحتاج إلى العمل، فإن SLS أو MJF هما الخياران الأفضل. وبالنسبة لأصعب الوظائف، يمكن لـ DMLS إنشاء أجزاء معدنية مذهلة. لكل عملية طباعة ثلاثية الأبعاد استخدامها الخاص.

ما هو الشكل الذي سيبدو عليه مستقبل تقنيات الطباعة ثلاثية الأبعاد؟

عندما أنظر إلى الأنواع المختلفة من تقنيات الطباعة ثلاثية الأبعاد المتوفرة لدينا اليوم، فأنا متحمس بشأن ما هو قادم بعد ذلك. الأمور تتغير بسرعة كبيرة. الطابعات تزداد سرعة. كما أنها أصبحت أرخص ويمكنها استخدام مجموعة واسعة من المواد. نحن نشهد طرقًا جديدة للطباعة ثلاثية الأبعاد يمكنها مزج النقاط الجيدة لعمليات مختلفة. قريبًا، قد يكون لدينا طابعة واحدة يمكنها عمل طباعة ثلاثية الأبعاد بسرعة MJF، وتفاصيل SLA، وخيارات المواد الخاصة بـ FDM.

عالم الطباعة ثلاثية الأبعاد يتغير دائمًا. هذه التقنيات ليست فقط لعمل نموذج أولي بعد الآن. يستخدمها الناس لصنع المنتجات النهائية. هذا يجعل الأمور أسرع وبأقل تكلفة. من المنازل إلى الطعام إلى الأجزاء الطبية، تغير الطباعة ثلاثية الأبعاد الطريقة التي نصنع بها كل شيء. يعد التعرف على هذه الأنواع من الطباعة ثلاثية الأبعاد هو الخطوة الأولى. فهو يساعدك على أن تصبح جزءًا من هذا المستقبل المذهل. أنا متحمس لرؤية ما سيحدث بعد ذلك.

١. أشياء أساسية يجب تذكرها:

• FDM هي النوع الأكثر استخدامًا والأرخص من الطباعة ثلاثية الأبعاد. يستخدم خيوط بلاستيكية لبناء الأجزاء طبقة واحدة في كل مرة.
• جيش تحرير السودان و DLP استخدم راتينجًا سائلًا وضوءًا. إنها تخلق أجزاء بها الكثير من التفاصيل الصغيرة وخارج أملس. تستخدم SLA الليزر، وتستخدم DLP جهاز عرض.
• SLS و MJF استخدم مسحوقًا (مثل النايلون). إنها تخلق أجزاء قوية يمكن استخدامها دون الحاجة إلى دعامات إضافية.
• DMLS و EBM هي طرق طباعة ثلاثية الأبعاد قوية. يمكنهم صنع أجزاء قوية ومعقدة من مسحوق معدني.
• بولي جيت رائعة لصنع نماذج أولية ذات مظهر حقيقي. يمكنه استخدام مواد وألوان مختلفة.
• يعتمد اختيار عملية الطباعة ثلاثية الأبعاد المناسبة على ما يحتاجه مشروعك. يتضمن ذلك أموالك، ومقدار التفاصيل التي تريدها، ومدى قوة الجزء الذي يجب أن يكون عليه.