الأنواع الرئيسية لتكنولوجيا الطباعة ثلاثية الأبعاد
لقد أثرت الطباعة ثلاثية الأبعاد على العديد من الصناعات، مما أتاح أشياء مثل إنشاء النماذج الأولية والمنتجات المخصصة وحتى الغرسات الطبية المعقدة. على الرغم من وجود العديد من طرق الطباعة ثلاثية الأبعاد، ولكل منها نقاط قوتها واستخداماتها المثالية، فمن المهم فهم الأنواع الرئيسية. ستستكشف هذه المقالة الأساسيات والتطبيقات والإيجابيات والسلبيات لأكثر تقنيات الطباعة ثلاثية الأبعاد شيوعًا. وتشمل هذه النمذجة بالترسيب المندمج (FDM)، والطباعة الضوئية المجسمة (SLA)، والمعالجة الضوئية الرقمية (DLP)، والتلبيد الانتقائي بالليزر (SLS)، ونفث المواد، ونفث المواد الرابطة الرملية، ونفث المواد الرابطة المعدنية، وتلبيد المعادن المباشر بالليزر (DMLS)، والصهر الانتقائي بالليزر (SLM)، والصهر بالشعاع الإلكتروني (EBM). من خلال فهم هذه الطرق، يمكنك اختيار نهج الطباعة ثلاثية الأبعاد المناسب لاحتياجاتك.
ورقة مقارنة موجزة:
| تكنولوجيا | المواد المستخدمة | التطبيقات | المزايا | العيوب |
|---|---|---|---|---|
| فورمالدهايم | البلاستيك | النماذج الأولية | رخيصة وبسيطة | جودة أقل |
| اتفاقية مستوى الخدمة | الراتنجات | نماذج أولية سلسة | تفاصيل رائعة | أغلى |
| إس إل إس | مساحيق البوليمر | الأجزاء الوظيفية | أجزاء قوية ومتينة | غالي |
| نفث المواد | البوليمرات الضوئية | أجزاء متعددة المواد والألوان | تفاصيل رائعة ومواد متعددة | المواد محدودة |
| وزارة الدفاع | البوليمرات الضوئية والشمع | النماذج والنماذج الأولية | القدرة على تعدد المواد | سرعة أبطأ |
| نفث الموثق (الرمل) | الرمل، المادة الرابطة | قوالب صب المعادن | تصاميم معقدة | تطبيقات محدودة |
| نفث الموثق (المعدن) | مسحوق معدني، رابط | قطع معدنية | مرونة التصميم | مطلوب مرحلة ما بعد المعالجة |
| دي إم إل إس | مساحيق معدنية | أجزاء معدنية وظيفية | قوة عالية وهندسة معقدة | مواد باهظة الثمن ومحدودة |
| الطب القائم على الأدلة | مساحيق معدنية | مكونات عالية الأداء | قوة متفوقة | غالية جدا |
| دي إل بي | الراتنجات | نماذج أولية سلسة | دقة عالية | مواد محدودة ومكلفة |
نمذجة الترسيب المندمج (FDM)
كيف تعمل الطباعة ثلاثية الأبعاد FDM
فورمالدهايم تعد الطباعة ثلاثية الأبعاد واحدة من أكثر تقنيات الطباعة ثلاثية الأبعاد شيوعًا وسهولة في الوصول إليها. تعمل العملية عن طريق تغذية خيط بلاستيكي صلب عبر فوهة ساخنة. تذيب الفوهة البلاستيك وتضعه طبقة تلو الأخرى على لوحة بناء لإنشاء الكائن ثلاثي الأبعاد بناءً على التصميم الرقمي.
التطبيقات الشائعة
تُستخدم تقنية FDM/FFF على نطاق واسع في إنشاء النماذج الأولية وتطوير المنتجات وتصنيع الأدوات والتجهيزات، فضلاً عن إنشاء نماذج مفاهيمية ومشاريع فنية وأغراض هواية. ويمكنها استخدام مجموعة من المواد البلاستيكية الحرارية مثل PLA وABS وPETG والخيوط المتخصصة.
المزايا
- تكلفة دخول معقولة لـ الطابعات ثلاثية الأبعاد المكتبية
- اختيار واسع من المواد لتطبيقات مختلفة
- عملية بسيطة وآمنة نسبيًا
العيوب
- دقة وجودة سطح أقل مقارنة ببعض الطرق الأخرى
- خطوط الطبقة المرئية على المطبوعات
- المشاكل المحتملة مثل التشويه والربط
بشكل عام، يحقق FDM/FFF توازنًا جيدًا بين يكلف, سهولة الاستخدام، وتعدد استخداماته في العديد من التطبيقات، مما يجعله خيارًا شائعًا في الطباعة ثلاثية الأبعاد.
الطباعة النمطية المجسمة (SLA)
عملية طباعة SLA
SLA هي تقنية طباعة ثلاثية الأبعاد تستخدم حوضًا من راتنج البوليمر الضوئي السائل والليزر فوق البنفسجي لبناء الأجزاء طبقة تلو الأخرى. يتتبع شعاع الليزر كل طبقة عبر سطح الراتينج، مما يتسبب في تصلبها بشكل انتقائي وتشكيل الكائن ثلاثي الأبعاد.
التطبيقات الرئيسية
تُستخدم مادة SLA بشكل شائع لإنتاج نماذج أولية عالية الدقة وأنماط الصب الاستثماري والأجزاء النهائية في الصناعات مثل طب الأسنان والمجوهرات وتصنيع المنتجات. إن قدرتها على إنشاء تشطيبات سطحية ناعمة والتقاط التفاصيل المعقدة تجعلها مناسبة لهذه التطبيقات.
المزايا
- دقة عالية وضبط
- جودة سطح ممتازة
- قادرة على طباعة الأشكال الهندسية المعقدة والميزات الدقيقة
العيوب
- الطابعات والمواد الأكثر تكلفة مقارنة بطباعة FDM ثلاثية الأبعاد
- مجموعة محدودة من المواد، معظمها راتنجات فوتوبوليمرية
- غالبًا ما تكون هناك حاجة إلى معالجة لاحقة مثل إزالة الدعم
- المخاوف الصحية والسلامة المحتملة الناجمة عن التعامل مع الراتنجات السائلة
على الرغم من أن تقنية SLA أكثر تكلفة، إلا أنها توفر جودة طباعة فائقة ودقة تفصيلية، مما يجعلها قيمة لمختلف احتياجات النماذج الأولية والإنتاج منخفض الحجم عبر قطاعات متعددة.
معالجة الضوء الرقمي (DLP)
كيف تعمل الطباعة بتقنية DLP
دي إل بي هناك تقنية أخرى للطباعة ثلاثية الأبعاد تستخدم البوليمرات الضوئية، ولكن بدلاً من الليزر، تستخدم جهاز عرض لعرض صورة واحدة لكل طبقة عبر السطح الكامل لحوض الراتينج. يؤدي هذا إلى معالجة طبقة كاملة من الجسم بسرعة في وقت واحد.
التطبيقات الرئيسية
تعتبر تقنية DLP مناسبة لإنتاج نماذج أولية عالية الدقة وأنماط الصب ونماذج الأسنان والتصنيع بكميات صغيرة من الأجزاء النهائية. كما أن سرعتها تجعلها مفيدة للتطبيقات التي تتطلب أوقات استجابة أسرع.
الإيجابيات والسلبيات
المزايا
- سرعات طباعة أسرع مقارنة بـ SLA
- دقة عالية وقدرة على الحل
- يمكن طباعة الأشكال الهندسية المعقدة
العيوب
- أغلى من طابعات FDM
- خيارات المواد المحدودة القائمة على البوليمرات الضوئية
- يتطلب التعامل مع الراتينج بعناية
- قد تحتاج إلى تشطيب إضافي/معالجة لاحقة
تقدم تقنية DLP دقة عالية للغاية بسرعات عالية نسبيًا، على الرغم من تكلفتها الأعلى من تقنية FDM. إنها خيار رائع للنماذج الأولية المعقدة، والصب، وتطبيقات الإنتاج المتخصصة.
التلبيد الانتقائي بالليزر (SLS)
عملية طباعة SLS
التلبيد الانتقائي بالليزر (SLS) هي عملية طباعة ثلاثية الأبعاد تستخدم ليزر عالي الطاقة لدمج جزيئات صغيرة من مسحوق البوليمر في بنية صلبة.يقوم الليزر بمسح وصهر المسحوق بشكل انتقائي طبقة تلو الأخرى استنادًا إلى النموذج ثلاثي الأبعاد.
تطبيقات التصنيع
تُستخدم مادة SLS بشكل شائع في النماذج الأولية الوظيفية وأجزاء الإنتاج النهائية في مختلف الصناعات مثل صناعة الطيران والسيارات والرعاية الصحية. كما أن قدرتها على إنتاج أجزاء متينة ومقاومة للحرارة تجعلها مناسبة لتطبيقات التصنيع.
المزايا
- لا يتطلب أي هياكل دعم
- تنتج أجزاء عالية القوة ووظيفية
- يمكن استخدام مجموعة متنوعة من المواد البوليمرية
العيوب
- الطابعات الصناعية باهظة الثمن
- قد يتطلب تشطيب السطح المسامي معالجة لاحقة
- متطلبات بيئة التشغيل الصارمة
- نفايات المواد من المسحوق غير المتكلس
على الرغم من ارتفاع تكاليفها، توفر SLS خصائص ميكانيكية ممتازة مثالية لتصنيع النماذج الأولية المتينة وأجزاء الإنتاج النهائية حيث تكون القوة ومقاومة الحرارة ضرورية.
نفث المواد (MJ)
عملية طباعة MJ
طباعة MJ، والمعروفة أيضًا باسم بولي جيت أو الطباعة متعددة النفث، هي تقنية طباعة ثلاثية الأبعاد حيث يتم نفث مواد البوليمر الضوئي السائل بشكل انتقائي ومعالجتها طبقة تلو الأخرى باستخدام ضوء الأشعة فوق البنفسجية. تقوم رؤوس الطباعة بترسيب مادة البناء والمواد الداعمة في نفس الوقت.
التطبيقات النموذجية
تتميز MJ بقدرتها على إنتاج نماذج أولية مفصلة للغاية ونماذج مفاهيمية وأجزاء للاستخدام النهائي في مختلف الصناعات مثل تصميم المنتجات والتصنيع وطب الأسنان والطب والمجوهرات. كما أن قدرتها على طباعة مواد وألوان متعددة في تصميم واحد تجعلها متعددة الاستخدامات.
المزايا
- قادرة على طباعة مواد وألوان متعددة
- دقة عالية وتفاصيل دقيقة
- غالبًا ما يتطلب التشطيب السطحي الأملس الحد الأدنى من المعالجة اللاحقة
العيوب
- الطابعات والمواد الأكثر تكلفة
- يجب إزالة المواد الداعمة
- قدرات مادية محدودة مقارنة ببعض التقنيات
بفضل قدراتها على الطباعة على مواد متعددة ودقتها العالية، تلبي Material Jetting احتياجات النماذج الأولية والإنتاج المتنوعة حيث تكون التفاصيل المعقدة والملمس والألوان متطلبات أساسية.
إسقاط حسب الطلب (DOD)
عملية الطباعة في وزارة الدفاع
الطباعة ثلاثية الأبعاد حسب الطلب (DOD) تعتمد هذه التقنية على ترسيب مواد سائلة بشكل انتقائي، مثل البوليمرات الضوئية أو الشمع، على منصة بناء في شكل قطرات. يتم إخراج القطرات من خلال فوهات صغيرة أثناء تحرك رأس الطباعة عبر المنصة طبقة تلو الأخرى لإنشاء الكائن ثلاثي الأبعاد.
الاستخدامات الصناعية والتجارية
تُستخدم تقنية DOD بشكل شائع في نماذج التصور والنماذج الأولية للمفاهيم وأنماط الصب وعمليات الإنتاج الصغيرة. وتوجد تطبيقات لها في صناعات مثل التصنيع والفضاء والسيارات وصناعة المجوهرات وتصميم المنتجات.
المزايا
- القدرة على طباعة مواد وألوان متعددة
- سطح أملس مع حاجة أقل للمعالجة اللاحقة
- فعالة من حيث التكلفة للإنتاج بكميات قليلة
العيوب
- سرعات أبطأ مقارنة ببعض التقنيات
- قدرات مادية محدودة
- الهياكل الداعمة مطلوبة في كثير من الأحيان
بفضل قدرتها على طباعة مواد متعددة وتكاليفها المعقولة للكميات المنخفضة، تعمل DOD كخيار متعدد الاستخدامات لإنشاء نماذج تفصيلية ونماذج أولية ومنتجات دفعات صغيرة عبر مختلف القطاعات.
نفث رابط الرمل
كيف تعمل نفثات رابط الرمال
رمل نفث المجلدات هي عملية طباعة ثلاثية الأبعاد تستخدم مادتين - الرمل ومادة رابطة سائلة. يتم ترسيب طبقات الرمل وربطها بشكل انتقائي عن طريق وضع المادة الرابطة في المناطق المرغوبة بناءً على بيانات النموذج ثلاثي الأبعاد. تعمل هذه العملية على إنشاء قوالب رملية صلبة أو أنوية طبقة تلو الأخرى.
التطبيقات
تُستخدم تقنية نفث الرمل في المقام الأول في مصانع الصب وعمليات صب المعادن لطباعة قوالب الرمل والأنوية ثلاثية الأبعاد بسرعة لعمليات صب المعادن. وهي تتيح تصميمات هندسية معقدة وتسرع الإنتاج مقارنة بتقنيات الصب التقليدية.
المزايا
- فعالة من حيث التكلفة لإنتاج قوالب/أنوية الرمل
- يتيح طباعة الأشكال الهندسية المعقدة
- صديق للبيئة لأنه يستخدم الرمال الطبيعية
العيوب
- القوالب المطبوعة لها قوة محدودة وتتطلب المعالجة
- قد تكون الدقة أقل من بعض عمليات الطباعة ثلاثية الأبعاد الأخرى
- تطبيقات تقتصر بشكل أساسي على إنتاج قوالب/لب الرمل
على الرغم من اقتصارها على تطبيقات الصب، فإن Sand Binder Jetting تقدم حل تصنيع إضافي فعال من حيث التكلفة لإنشاء قوالب رملية معقدة للغاية ونوى سريعة لعمليات صب المعادن.
نفث رابط معدني
كيف تعمل عملية نفث الرابط المعدني
تعتمد عملية نفث المادة الرابطة المعدنية على بناء الأجزاء طبقة تلو الأخرى باستخدام نظام مكون من مكونين من مسحوق معدني. يتم ترسيب طبقات رقيقة من مسحوق معدني، ثم يتم ربطها بشكل انتقائي باستخدام مادة رابط سائلة بناءً على بيانات النموذج ثلاثي الأبعاد، لتشكيل "جزء أخضر". يخضع هذا الجزء الأخضر لمزيد من المعالجة مثل إزالة الرابط والتلبيد والتسرب للحصول على المكون المعدني الكثيف النهائي.
التطبيقات
تجد هذه التقنية المضافة تطبيقات في مختلف الصناعات مثل صناعة الطيران والسيارات والصناعات الطبية لإنتاج أجزاء ومكونات معدنية هندسية معقدة. وهي تسمح بتصنيع أجزاء معدنية وأدوات ونماذج أولية وظيفية مخصصة حسب الطلب.
المزايا
- تنتج أجزاء معدنية عالية الكثافة وعالية الجودة ذات خصائص مادية جيدة
- يوفر حرية التصميم والتعقيد الهندسي الصعب بالطرق التقليدية
- اقتصادي مقارنة ببعض عمليات الطباعة ثلاثية الأبعاد المعدنية الأخرى
العيوب
- يتوفر حاليًا نطاق محدود من المواد المتوافقة
- يتطلب خطوات معالجة لاحقة إضافية مثل إزالة الروابط والتلبيد
- قد تختلف جودة الجزء النهائي بناءً على معلمات العملية
من خلال الجمع بين مرونة التصميم والفعالية من حيث التكلفة والقدرة على إنشاء أجزاء معدنية كاملة الكثافة، تبرز تقنية Metal Binder Jetting كخيار جذاب بشكل متزايد لمتطلبات إنتاج الأجزاء المعدنية الصناعية.
التلبيد المباشر بالليزر المعدني (DMLS) / الصهر الانتقائي بالليزر (SLM)
عملية طباعة DMLS/SLM
DMLS و SLM هناك عمليات تصنيع إضافية مماثلة تقوم ببناء الأجزاء المعدنية طبقة تلو الأخرى باستخدام ليزر عالي الطاقة. يتم نشر طبقات رقيقة من مسحوق المعدن الناعم بالتساوي، ويقوم الليزر بشكل انتقائي بإذابة أو تجميع جزيئات المسحوق معًا بناءً على بيانات النموذج ثلاثي الأبعاد، مما يؤدي إلى دمج المعدن لتشكيل القطعة.
التطبيقات الرئيسية
تقنيات DMLS/SLM هي تم اعتمادها على نطاق واسع في الصناعات مثل الفضاءتُستخدم DMLS/SLM في صناعات السيارات والطب وطب الأسنان نظرًا لقدرتها على إنتاج مكونات معدنية شديدة التعقيد وقوية ذات خصائص ميكانيكية ممتازة ودقة تفصيلية. وفي صناعة الطيران، تُستخدم في الأجزاء الهيكلية خفيفة الوزن ومكونات المحرك. وفي قطاع السيارات، تُمكِّن من إنتاج النماذج الأولية الوظيفية وأجزاء الإنتاج. وتشمل التطبيقات الطبية الغرسات الخاصة بالمريض والأدلة الجراحية. وفي طب الأسنان، تُستخدم DMLS/SLM في تصنيع التيجان والجسور وأطر أطقم الأسنان الجزئية القابلة للإزالة.
المميزات:
- تنتج أجزاء معدنية قوية وعالية الكثافة ذات خصائص مادية جيدة
- يتيح هندسة معقدة يصعب تنفيذها باستخدام التصنيع التقليدي
- تتطلب الأجزاء معالجة لاحقة قليلة أو معدومة
العيوب:
- غالي الطابعات الصناعية ومساحيق المعادن
- اختيارات المواد محدودة مقارنة ببعض التقنيات
- الهياكل الداعمة المطلوبة والتي يجب إزالتها
- استهلاك عالي للطاقة
توفر DMLS وSLM حرية تصميم استثنائية مقترنة بالقدرة على إنشاء أجزاء معدنية وظيفية قوية، وهما حلول متعددة الاستخدامات لتصنيع مكونات عالية الأداء عبر قطاعات متنوعة.
ذوبان حزمة الإلكترونات (EBM)
كيف يعمل الطب القائم على الأدلة
EBM هي عملية طباعة ثلاثية الأبعاد تستخدم هذه التقنية شعاعًا إلكترونيًا مركّزًا في فراغ عالٍ لإذابة طبقات من مسحوق المعدن بشكل انتقائي وفقًا للنموذج الرقمي ثلاثي الأبعاد. يسخن شعاع الإلكترون ويذيب جزيئات مسحوق المعدن، مما يتسبب في اندماجها وتصلبها لتشكيل الجزء المطلوب طبقة تلو الأخرى.
التطبيقات عالية الأداء
تعتبر تقنية EBM مناسبة لإنتاج أجزاء معدنية عالية الجودة وكثيفة بالكامل ذات خصائص ميكانيكية وحرارية ممتازة. وهي تجد تطبيقات في الصناعات التي تتطلب مكونات عالية الأداء مثل صناعة الطيران لأجزاء محركات الطائرات والمكونات الهيكلية، وصناعة السيارات للمكونات عالية الضغط مثل شفرات التوربينات، والصناعة الطبية لزراعة العظام والأسنان المخصصة، والطاقة للأجزاء المستخدمة في توربينات الغاز ومعدات توليد الطاقة.
المزايا
- يبني أجزاء خالية من الإجهاد ذات خصائص ميكانيكية فائقة
- لا حاجة لهياكل الدعم في معظم الحالات
- سرعات بناء سريعة مقارنة ببعض عمليات الطباعة ثلاثية الأبعاد للمعادن
- يمكن استخدام مجموعة من المواد المعدنية عالية الأداء
العيوب
- معدات صناعية باهظة الثمن وتكاليف تشغيلية باهظة الثمن
- يتطلب مرافق متخصصة للغاية ومشغلين مهرة
- توافق محدود للمواد مقارنة ببعض التقنيات
- قيود حجم القطعة بسبب أبعاد حجرة البناء
وعلى الرغم من التكاليف المرتفعة والمتطلبات التشغيلية المتخصصة، فإن EBM تقدم مزايا فريدة في إنتاج أجزاء معدنية قوية وعالية الجودة للتطبيقات الصعبة في الصناعات التي تعتمد على مكونات عالية الأداء.
أضف الحيوية إلى تصميماتك باستخدام الطباعة ثلاثية الأبعاد
استكشفت هذه المقالة النطاق المتنوع لعمليات الطباعة ثلاثية الأبعاد - من FDM المكتبي وSLA للنماذج الأولية بأسعار معقولة، إلى SLS الصناعي لأجزاء التصنيع المتينة. تمكن تقنيات المواد المتعددة من صنع أشياء معقدة ومتعددة الألوان. تنتج عملية التلبيد بالليزر المعدني المباشر ونفث المواد اللاصقة مكونات معدنية عالية الأداء مع مرونة التصميم. تخلق العمليات المتخصصة مثل ذوبان شعاع الإلكترون أجزاء قوية للغاية للصناعات المتطلبة. مع تطور الطباعة ثلاثية الأبعاد مع تحسين المواد والسرعات الأسرع والدقة الأعلى، سينمو التبني عبر القطاعات الاستهلاكية والصناعية. اختر تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد المناسبة لتحويل أفكارك إلى حقيقة.
اقرأ المزيد
- ABS مقابل PLA: أيهما أفضل لتلبية احتياجات الطباعة ثلاثية الأبعاد؟
- هل الطباعة ثلاثية الأبعاد لها رائحة؟ أشياء يجب أن تعرفها
- دليل مواد الطباعة ثلاثية الأبعاد: ابتكر في تصنيعك
- نصائح وحيل لطباعة ثلاثية الأبعاد ناجحة باستخدام تقنية FDM