Guide to Stereolithography: Understanding Resin 3D Printing Methods

طابعة الطباعة الحجرية المجسمة مثل السحر. كان الجزء المفصل يخرج ببطء من خزان من الراتنج السائل المتوهج. كان العنصر المطبوع النهائي ثلاثي الأبعاد سلسًا للغاية ومليئًا بالتفاصيل. هذا المقال مخصص لك إذا كنت قد سألت نفسك من قبل عن كيفية عمل عملية الطباعة ثلاثية الأبعاد بالراتنج المذهلة هذه. سأشرح لك طباعة SLA ثلاثية الأبعاد باستخدام كلمات بسيطة. سيساعدك هذا على فهم هذه التقنية الرائعة ومعرفة ما إذا كانت مناسبة لمشاريعك.

ما هي طباعة SLA ثلاثية الأبعاد، حقاً؟

هل سبق لك أن سمعت أحدهم يقول SLA الطباعة ثلاثية الأبعاد؟ إنها اختصار للطباعة الحجرية المجسمة. هذه كلمة طويلة، لكن الفكرة الرئيسية وراءها سهلة الفهم. لقد كانت أول تقنية طباعة ثلاثية الأبعاد. تم اختراعها منذ فترة طويلة، في الثمانينيات. فكر في نوع خاص من الراتنج السائل. يصبح هذا الراتنج صلبًا عندما يسلط الضوء عليه. هذه هي الفكرة الرئيسية للطباعة الحجرية المجسمة. هذه الطريقة لبناء الأشياء تضيف المواد، طبقة تلو الأخرى، لصنع جسم ثلاثي الأبعاد.

على عكس بعض الطابعات ثلاثية الأبعاد التي تقوم بإذابة الخيوط البلاستيكية، تستخدم طابعات SLA ثلاثية الأبعاد سائلًا يسمى راتنج البوليمر الضوئي. يرسم شعاع حاد من الضوء، الذي عادةً ما يكون ليزر الأشعة فوق البنفسجية، شكل كل طبقة على الجزء العلوي من الراتنج. يتحول الراتنج السائل إلى مادة صلبة حيث يلامسها الضوء. يحدث هذا الإجراء مرارًا وتكرارًا. إنه يبني جسمك من الأسفل إلى الأعلى. إنها إحدى تقنيات الطباعة ثلاثية الأبعاد الأكثر دقة التي يمكنك العثور عليها اليوم.

إن أفضل جزء في عملية الطباعة ثلاثية الأبعاد هذه هو أنها يمكن أن تصنع أجزاء بتفاصيل رائعة. فهي تستخدم الضوء لمعالجة الراتنج السائل. ولهذا السبب، يمكنها صنع تفاصيل صغيرة جداً. هذا هو السبب في أن الطباعة ثلاثية الأبعاد SLA هي الخيار الأفضل للأشخاص الذين يحتاجون إلى صنع نموذج أو نموذج أولي أو نموذج جميل ومفصل. وهذا يختلف تمامًا عن طرق الطباعة الأخرى.

كيف تعمل طابعة الطباعة الحجرية المجسمة؟

إذن، كيف تقوم الآلة ببناء جسم ما بالفعل؟ لنستعرض خطوات عملية الطباعة. داخل طابعة SLA، توجد حاوية تسمى خزان الراتنج. يمتلئ هذا الخزان براتنج البوليمر الضوئي السائل. يوجد أيضًا جزء يسمى منصة البناء. هذا هو السطح المسطح حيث سيتم بناء الجسم الخاص بك. تبدأ عملية الطباعة عندما تنزل منصة البناء إلى الراتنج. لا يترك سوى جزء رقيق من الراتنج السائل فوقه.

بعد ذلك، يبدأ الضوء في العمل. تسلط معظم طابعات سلا المكتبية الجديدة الضوء من أسفل الخزان. وتسمى هذه الطريقة الطباعة المجسمة المقلوبة. يضيء ليزر الأشعة فوق البنفسجية أو جهاز عرض ضوئي خاص من خلال القاع الشفاف لخزان الراتنج. وهناك تقنية مماثلة تستخدم جهاز عرض تسمى DLP، والتي تعني المعالجة الضوئية الرقمية. يرسم الضوء بعناية الطبقة الأولى من تصميمك. سيعالج الراتنج الذي يصطدم بالأشعة فوق البنفسجية، مما يعني أنه سيتصلب ويلتصق بمنصة البناء.

بعد الانتهاء من الطبقة، يحدث السحر مرة أخرى. ترفع منصة البناء لأعلى قليلاً. يتيح ذلك تدفق طبقة جديدة من الراتنج السائل تحتها. ثم يرسم الليزر الطبقة التالية. تتصلب هذه الطبقة وتلتصق بالطبقة التي تحتها. تقوم الطابعة بذلك طبقة تلو الأخرى العملية مئات أو حتى آلاف المرات. يظهر الجزء المطبوع ثلاثي الأبعاد ببطء، كما لو كان يتم سحبه من الراتنج السائل.

ما نوع الراتنج المستخدم في طباعة SLA؟

إن "الحبر" الذي تستخدمه طابعات SLA ثلاثية الأبعاد ليس حبرًا حقيقيًا. إنه سائل خاص يسمى راتنج البوليمر الضوئي. كلمة "صورة" تعني الضوء، وكلمة "بوليمر" هي نوع من البلاستيك. لذا، فهو عبارة عن بلاستيك سائل يتغير عندما يصطدم به الضوء. يتكون هذا الراتنج من كتل بناء صغيرة جدًا. عندما يسلط الضوء فوق البنفسجي على هذا الراتينج الخاص، فإنه يسبب تغيرًا يسمى البلمرة الضوئية. تربط هذه العملية جميع الكتل البنائية الصغيرة معًا. عندما يحدث ذلك، يتحول الراتنج السائل إلى مادة صلبة.

هناك العديد من أنواع الراتنج المختلفة. يمكنك العثور على العديد من راتنجات SLA التي تعمل بطرق مختلفة. بعض أنواع الراتنجات صلبة وقوية للغاية. وهي مثالية لصنع نموذج أولي قوي. وهناك أنواع أخرى من الراتنج قابلة للانحناء، مثل المطاط. يمكنك حتى العثور على راتينج آمن لصنع أشياء لأطباء الأسنان، مثل دليل لغرسة طبية. سيحدد لون الراتينج وطريقة عمله كيف سيكون شكل النموذج الأولي النهائي ومظهره.

نظرًا لأنه يمكنك استخدام أنواع مختلفة من الراتنج، فإن طباعة SLA ثلاثية الأبعاد مفيدة جدًا. يمكنك اختيار راتينج شفاف أو ملون. يمكنك اختيار راتينج قوي أو مرن. يمكنك أيضًا اختيار راتينج يتحمل الكثير من الحرارة أو راتينج لا ينكسر إذا أسقطته. الشيء الأكثر أهمية هو أن الراتنج يجب أن يكون قادرًا على التصلب بالأشعة فوق البنفسجية. الراتنج الذي تختاره لا يقل أهمية عن تصميم نموذجك الأولي. يضمن الراتنج المناسب أن يعمل نموذجك الأولي بالطريقة التي تريدها.

من اخترع الطباعة الحجرية المجسمة؟ تاريخ سريع

إن تاريخ الطباعة الحجرية المجسمة هو في الحقيقة تاريخ الطباعة ثلاثية الأبعاد نفسها. بدأ كل شيء في اليابان في أوائل الثمانينيات. كان رجل يُدعى الدكتور هيديو كوداما يبحث عن طريقة لصنع نموذج أولي حقيقي من تصميم كمبيوتر. وكان أول شخص يكتب عن نهج الطباعة المجسمة الحديثة ذات الطبقات. وشرح كيفية صنع مجسمات ثلاثية الأبعاد عن طريق طباعة طبقات رقيقة على التوالي، أو واحدة تلو الأخرى. كانت لديه فكرة رائعة ولكنه لم يحصل على براءة اختراع لها في الوقت المناسب.

وبعد بضع سنوات، على الجانب الآخر من العالم، كان هناك أمريكي يدعى تشاك هال يعمل على فكرة مماثلة. كان غير راضٍ عن الوقت الذي استغرقه لتصنيع نموذج أولي بسيط من البلاستيك. كانت لديه فكرة لاستخدام الأشعة فوق البنفسجية لمعالجة البلاستيك الحساس للضوء. وفي عام 1986، حصل على براءة اختراع لفكرته التي أطلق عليها اسم "الطباعة الحجرية المجسمة". كما ساعد في تأسيس شركة 3D Systems. قامت هذه الشركة ببيع أول طابعات ثلاثية الأبعاد للشركات لشرائها.

بدأ اختراع تشاك هال مجال النماذج الأولية السريعة بأكمله. قبل اختراعه هذا، كان صنع نموذج أولي يستغرق وقتاً طويلاً ويكلف الكثير من المال. بعد اختراعه، أصبح بإمكان الناس صنع نموذج أولي حقيقي في ساعات فقط بدلاً من أسابيع. وهذا غيّر طريقة تصميم المنتجات إلى الأبد. وبدأ كل شيء بشعاع من الضوء ووعاء من الراتنج السائل.

ما هي أهم النقاط الجيدة والسيئة في اتفاقية مستوى الخدمة؟

تمامًا مثل جميع تقنيات الطباعة ثلاثية الأبعاد، تتميز طباعة SLA ثلاثية الأبعاد بنقاطها الجيدة والسيئة. من المهم معرفة المزايا والعيوب. سيساعدك هذا في اختيار الطابعة المناسبة لنموذجك الأولي. لقد تعلمت أنها خيار رائع لبعض الوظائف، ولكن ليس لجميع الوظائف.

لنتحدث عن الأجزاء الجيدة أولاً. أكبر شيء جيد هو التفاصيل المذهلة والتشطيبات السطحية الناعمة. تصنع SLA أجزاء ذات تشطيبات سطحية ناعمة وتفاصيل صغيرة يصعب الحصول عليها بالطرق الأخرى. لن ترى أي خطوط طبقات ظاهرة تقريبًا. وهذا يجعلها رائعة لصنع نموذج أولي من المفترض أن يتم النظر إليه، نموذج يبدو كمنتج نهائي حقيقي. يمكن لطباعة SLA ثلاثية الأبعاد أن تصنع تصميمات مفصلة للغاية ودقيقة للغاية.

والآن، لنتحدث عن الأجزاء غير الجيدة. يمكن أن يكون التعامل مع الراتنج السائل فوضوي. يجب عليك دائمًا ارتداء القفازات وتوخي الحذر. قد يكون للراتنج أيضًا رائحة قوية. يمكن أن تكون أجزاء سلا النهائية سهلة الكسر في بعض الأحيان عند مقارنتها بالأجزاء المصنوعة بالطابعات ثلاثية الأبعاد الأخرى، مثل طابعات FDM. شيء آخر يجب التفكير فيه هو العمل الذي تقوم به بعد الطباعة. عندما تنتهي الطابعة، أنت لا تفعل ذلك. لا يزال عليك غسل الجزء ومعالجته. أيضًا، يمكن أن تكون سرعة الطباعة أبطأ إذا كنت تطبع أشياء كبيرة وصلبة.

إليك جدول بسيط لمساعدتك على رؤية النقاط الجيدة والسيئة:

كيف يمكن مقارنة SLA بالطابعات ثلاثية الأبعاد الأخرى وطرق الطباعة الأخرى؟

عندما يتحدث الناس عن الطابعات ثلاثية الأبعاد، فإنهم غالباً ما يتخيلون النوع الذي يذيب سلسلة من البلاستيك. وتسمى هذه الطريقة في الطباعة FDM، أو نمذجة الترسيب المنصهر. تقوم طابعات FDM ببناء الأشياء عن طريق دفع خيط من البلاستيك الحراري المذاب، مثل مسدس الغراء الساخن. وهي تقنية شائعة جداً وغير مكلفة للغاية. إنها رائعة لصنع نموذج أولي قوي يحتاج إلى العمل. لكن أجزاء FDM عادةً ما يكون لها خطوط طبقات واضحة للعيان. لا يمكن أن تكون مفصلة مثل طباعة SLA ثلاثية الأبعاد.

ومن التقنيات الشائعة الأخرى المستخدمة في المصانع الكبيرة تقنية SLS 3D. ويعني ذلك التلبيد الانتقائي بالليزر. تستخدم تقنية SLS 3D ليزر قوي لإذابة المواد التي هي عبارة عن مسحوق مثل النايلون. يمكنها صنع أجزاء قوية جداً ومفصلة دون الحاجة إلى أي دعامات. إنها أداة رائعة للطباعة الصناعية ثلاثية الأبعاد. ولكن الطابعات والمواد تكلف الكثير من المال. كما أن مدى سلاسة الأجزاء الخارجية لا يمكن أن تتطابق مع SLA.

إذن، أين تنتمي طباعة SLA ثلاثية الأبعاد؟ يمكنك التفكير فيها على أنها الفنان بين تقنيات الطباعة ثلاثية الأبعاد. FDM مثل البنّاء القوي. SLS 3D مثل صانع المصانع القوي. لكن SLA تدور حول الجمال والتفاصيل. إذا كنت بحاجة إلى نموذج أولي لاختبار كيفية تحركه وعمله، فقد تكون FDM خيارًا أفضل. ولكن إذا كنت بحاجة إلى نموذج أولي جميل لعرضه أو لصنع قالب، فعادةً ما تكون SLA هي الخيار الأفضل. يجب أن تعتمد الطابعة التي تختارها على ما تحتاج إلى نموذجك الأولي للقيام به.

ما الذي يمكنك صنعه باستخدام طابعات SLA ثلاثية الأبعاد؟

إن حقيقة أن طابعات SLA ثلاثية الأبعاد يمكنها صنع أجزاء مفصلة ودقيقة للغاية تجعلها مفيدة في العديد من الأشياء. لفترة طويلة، كانت تُستخدم بشكل أساسي في النماذج الأولية السريعة. يمكن للمهندس عمل تصميم على الكمبيوتر باستخدام برنامج CAD. وبعد ذلك، يمكنهم حمل نموذج أولي حقيقي بين أيديهم في اليوم التالي. وهذا يتيح لهم اختبار شكل المنتج ومظهره. ويمكنهم القيام بذلك قبل إنفاق الكثير من المال على أدوات القولبة بالحقن. يمكن للنموذج الأولي الجيد أن يوفر على الشخص الكثير من الوقت والمال.

ولكن تُستخدم ماكينات SLA لأكثر من مجرد نموذج أولي بسيط. فهي تُستخدم كثيرًا في مجال طب الأسنان لصنع نماذج للأسنان تتناسب تمامًا. كما أنها تستخدم لصنع أدلة جراحية وواقيات ليلية. مدى دقة طابعة SLA يجعلها مثالية لهذا النوع من العمل. يستخدمها الجواهريون أيضاً لصنع أشكال مفصلة لصنع المجوهرات. يمكن للفنان استخدام طابعة راتنج ثلاثية الأبعاد لصنع منحوتة مفصلة للغاية.

يستخدم المهندسون أجزاء SLA لصنع أدوات خاصة لتثبيت الأشياء في مكانها في المصانع. يمكن للأطباء استخدام نماذج مطبوعة ثلاثية الأبعاد لأجزاء الجسم للاستعداد للجراحة. كما يمكنهم صنع دليل لغرسة طبية مزروعة. ونظراً لصنع أنواع جديدة أكثر صرامة من الراتنج، يستخدم الناس الآن تقنية SLA لصنع أجزاء حقيقية، وليس فقط نماذج. وكلما أصبحت هذه التكنولوجيا أرخص وأسهل في الحصول عليها، نرى الناس يستخدمون هذه الطباعة المذهلة المصنوعة من الراتنج في المزيد والمزيد من الأفكار الجديدة.

كيف تبدأ الطباعة على طابعة SLA؟ (من التصميم بمساعدة الحاسوب إلى النموذج الأولي)

إنها مجموعة بسيطة من الخطوات للانتقال من فكرة إلى نموذج أولي حقيقي باستخدام طابعة SLA. يبدأ كل شيء بتصميم على الكمبيوتر. أولاً، أنت بحاجة إلى نموذج ثلاثي الأبعاد للشيء الذي تريد طباعة الأشياء منه. يمكنك صنع هذا النموذج بنفسك باستخدام برنامج CAD (التصميم بمساعدة الحاسوب). يمكنك أيضًا تنزيل نموذج صنعه شخص آخر عبر الإنترنت. ملف الكمبيوتر هذا هو المخطط لنموذجك الأولي.

بعد حصولك على النموذج ثلاثي الأبعاد، تحتاج إلى تجهيزه لطابعة SLA. سوف تستخدم نوعاً خاصاً من البرامج يسمى "القطاعة". يأخذ برنامج التقطيع إلى شرائح نموذجك ويقطعه إلى مئات الطبقات الرقمية الرقيقة. كما يتيح لك إضافة هياكل دعم. وهي تشبه الركائز الصغيرة التي يمكنك إزالتها لاحقًا. وهي تساعد في تثبيت الأجزاء التي تبرز أثناء طباعة الجسم. بدون هذه الدعامات، قد تسقط أجزاء من نموذجك الأولي أو تنكسر. تقوم أداة التقطيع بعد ذلك بإنشاء ملف نهائي مع توجيهات للطابعة.

أنت الآن جاهز للماكينة. تتأكد من أن خزان الراتنج يحتوي على ما يكفي من الراتنج السائل المناسب. وتتأكد أيضًا من أن منصة البناء نظيفة. ثم ترسل الملف من حاسوبك إلى الطابعة. ستتعامل طابعة SLA مع الباقي. ستبدأ عملية الطباعة. يمكنك بعد ذلك مشاهدة نموذجك الأولي يخرج ببطء من الراتنج السائل. إنه جزء ممتع للغاية من عملية النماذج الأولية السريعة.

ماذا يحدث بعد انتهاء الطابعة؟

عندما تُصدر طابعة SLA صوتًا لإعلامك بأنها انتهت، فإن نموذجك الأولي ليس جاهزًا تمامًا للاستخدام. هذا فرق كبير عن بعض الطابعات ثلاثية الأبعاد الأخرى. لا يزال الجزء المطبوع ثلاثي الأبعاد الجديد على منصة البناء. وهو مغطى بالراتنج السائل اللزج. عليك القيام ببعض أعمال التنظيف. أولاً، تُخرج منصة البناء برفق من الطابعة. ثم تسحب الجزء الخاص بك بعناية من المنصة.

الشيء التالي الذي يجب القيام به هو تحميم النموذج الأولي الخاص بك. عليك غسله لإزالة أي راتنج سائل إضافي من الخارج. عادة ما يقوم الناس بذلك عن طريق تحريك الجزء في وعاء من كحول الأيزوبروبيل (IPA). جزء التنظيف هذا مهم جدًا. إذا لم تغسل كل الراتينج الزائد، سيبقى الجزء الخارجي من النموذج الأولي لزجًا ولن يكون ناعمًا.

بعد غسله وتجفيفه، هناك خطوة أخيرة مهمة للغاية: المعالجة النهائية. فالجزء الذي يخرج من الطابعة ليس بالقوة التي يمكن أن يكون عليها. تحتاج إلى معالجته أكثر باستخدام الأشعة فوق البنفسجية. هذه المعالجة النهائية تجعل الراتنج صلبًا تمامًا. كما أنه يجعل النموذج الأولي قويًا وصلبًا. يمكنك شراء مصابيح معالجة خاصة بالأشعة فوق البنفسجية، أو يمكنك حتى استخدام الشمس فقط. تضمن هذه المعالجة الأخيرة أن يكون الجزء قويًا بما فيه الكفاية ويدوم لفترة طويلة. بمجرد معالجة الراتنج الحراري، يكون الجزء المطبوع بالحرارة قد انتهى أخيرًا.

هل طابعة SLA هي الخيار المناسب لنموذجي الأولي؟

والآن، بعد أن تعرفت على الطباعة الحجرية المجسمة، قد تتساءل عما إذا كانت طابعة SLA هي الأداة المناسبة لك. الإجابة هي أن ذلك يعتمد على ما تحتاجه من نموذجك الأولي. يجب أن تفكر فيما هو الأكثر أهمية لمشروعك. هل هو أن يكون قويًا؟ هل هو وجود الكثير من التفاصيل؟ هل هي التكلفة؟ ستساعدك الإجابة على هذه الأسئلة في اختيار عملية الطباعة ثلاثية الأبعاد المناسبة.

يجب أن تختار طابعة SLA ثلاثية الأبعاد إذا كان أهم شيء بالنسبة لنموذجك الأولي هو شكله ومقدار التفاصيل التي يحتوي عليها. إذا كنت بحاجة إلى نموذج أولي يبدو كمنتج نهائي، مع سطح أملس وتفاصيل صغيرة جدًا، فإن تقنية SLA هي خيار رائع. وهي مثالية للفنانين، والأشخاص الذين يصنعون النماذج، ومصممي المنتجات الذين يحتاجون إلى نموذج أولي جميل لعرضه على الآخرين. إذا كنت تخطط لاستخدام نموذجك الأولي لصنع قالب، فإن تقنية جيش تحرير السودان هو أيضًا خيار رائع.

ولكن، إذا كنت بحاجة إلى نموذج أولي عملي يجب أن يكون قويًا جدًا ويمكن دفعه أو سحبه، فقد تكون تقنية أخرى مثل FDM اختيارًا أفضل. يمكن أن يكون الراتنج العادي المستخدم في جيش تحرير السودان أسهل في الكسر من البلاستيك الحراري المستخدم في طابعات FDM. هناك بعض راتنجات SLA القوية التي يمكنك شراؤها. ولكن غالبًا ما تكون FDM أفضل للنموذج الأولي الذي يحتاج إلى العمل، وليس فقط المظهر الجيد. أفضل طابعة هي الطابعة المناسبة للمهمة التي تحتاج إلى نموذجك الأولي للقيام بها. بالنسبة لنموذج أولي يحتوي على الكثير من التفاصيل، لا شيء أفضل من الطابعة المعتمدة على الراتنج.

To Sum It All Up

فيما يلي أهم الأشياء التي يجب تذكرها حول طباعة SLA ثلاثية الأبعاد:

• يرمز SLA إلى الطباعة الحجرية المجسمة، وهي أول تقنية طباعة ثلاثية الأبعاد.
• ويستخدم ضوء الأشعة فوق البنفسجية لتقوية راتنج البوليمر الضوئي السائل، وبناء جسم ما طبقة واحدة في كل مرة.
• أكبر شيء جيد هو أنه يمكن إنشاء نموذج أولي بتفاصيل صغيرة جدًا وسطح أملس للغاية.
• يجب غسل جميع أجزاء SLA في الكحول ثم الحصول على معالجة نهائية بالأشعة فوق البنفسجية حتى تصبح قوية تماماً.
• يمكن أن يكون الراتنج السائل فوضويًا، ولكن النتائج غالبًا ما تستحق العمل الإضافي إذا كنت ترغب في صنع نموذج أولي جميل ومفصّل.