الأنواع الرئيسية لتكنولوجيا الطباعة ثلاثية الأبعاد

لقد أثرت الطباعة ثلاثية الأبعاد على العديد من الصناعات، حيث أتاحت أشياء مثل إنشاء النماذج الأولية والمنتجات المخصصة وحتى الغرسات الطبية المعقدة. على الرغم من وجود العديد من طرق الطباعة ثلاثية الأبعاد، ولكل منها مزاياها واستخداماتها المثالية، من المهم فهم الأنواع الرئيسية. ستستكشف هذه المقالة أساسيات وتطبيقات وإيجابيات وسلبيات تقنيات الطباعة ثلاثية الأبعاد الأكثر شيوعًا. وتشمل هذه التقنيات: نمذجة الترسيب المنصهر (FDM)، والطباعة المجسمة (SLA)، والمعالجة الضوئية الرقمية (DLP)، والتلبيد الانتقائي بالليزر (SLS)، ونفث المواد، وتقنية الإسقاط عند الطلب، ونفث رابط الرمل، ونفث رابط المعادن، وتلبيد المعادن المباشر بالليزر (DMLS)، والصهر الانتقائي بالليزر (SLM)، والصهر بشعاع الإلكترون (EBM). بفهم هذه الطرق، يمكنك اختيار أسلوب الطباعة ثلاثية الأبعاد الأنسب لاحتياجاتك.

ورقة مقارنة موجزة:

تكنولوجيا	المواد المستخدمة	التطبيقات	المزايا	العيوب
FDM	البلاستيك	النماذج الأولية، النماذج	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/الألوان	تفاصيل رائعة ومواد متعددة	مواد 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	أجزاء معدنية	مرونة التصميم	مطلوب معالجة لاحقة
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 فائقة	غالية جدا
تقنية منع فقدان البيانات (DLP)	الراتنجات	نماذج أولية سلسة	دقة عالية	مواد محدودة، باهظة الثمن

نمذجة الترسيب المندمج (FDM)

كيف تعمل الطباعة ثلاثية الأبعاد FDM

FDM تُعد الطباعة ثلاثية الأبعاد من أكثر تقنيات الطباعة ثلاثية الأبعاد شيوعًا وسهولة. تعتمد هذه العملية على تمرير خيط بلاستيكي صلب عبر فوهة ساخنة. تُذيب هذه الفوهة البلاستيك وتُرسبه طبقة تلو الأخرى على لوحة بناء لإنشاء مجسم ثلاثي الأبعاد بناءً على التصميم الرقمي.

التطبيقات الشائعة

تُستخدم تقنية FDM/FFF على نطاق واسع في إنشاء النماذج الأولية، وتطوير المنتجات، وتصنيع الأدوات والتجهيزات، بالإضافة إلى إنشاء نماذج مفاهيمية، ومشاريع فنية، ومنتجات هواية. ويمكنها استخدام مجموعة من المواد البلاستيكية الحرارية مثل PLA وABS وPETG، بالإضافة إلى خيوط خاصة.

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 الالتواء والتوتير

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 المجسمة (SLA)

عملية طباعة SLA

SLA هي تقنية طباعة ثلاثية الأبعاد تستخدم وعاءً من راتنج البوليمر الضوئي السائل وليزر الأشعة فوق البنفسجية لبناء الأجزاء طبقةً تلو الأخرى. يتتبع شعاع الليزر كل طبقة على سطح الراتنج، مما يؤدي إلى تصلبها بشكل انتقائي وتشكيل الجسم ثلاثي الأبعاد.

التطبيقات الرئيسية

يُستخدم SLA بشكل شائع لإنتاج نماذج أولية عالية الدقة، وأنماط الصب الاستثماري، وقطع الغيار النهائية في صناعات مثل طب الأسنان، والمجوهرات، وتصنيع المنتجات. إن قدرته على إنتاج تشطيبات أسطح ناعمة والتقاط تفاصيل دقيقة تجعله مناسبًا 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 فوتوبوليمر
• غالبًا ما تكون هناك حاجة إلى معالجة لاحقة مثل إزالة الدعم
• المخاوف الصحية والسلامة المحتملة الناجمة عن التعامل مع الراتنجات السائلة

على الرغم من أنها أكثر تكلفة، توفر تقنية SLA جودة طباعة فائقة ودقة تفصيلية، مما يجعلها قيمة لمختلف احتياجات النماذج الأولية والإنتاج بكميات صغيرة عبر قطاعات متعددة.

معالجة الضوء الرقمي (DLP)

كيف تعمل تقنية الطباعة بتقنية DLP

تقنية منع فقدان البيانات (DLP) تقنية أخرى للطباعة ثلاثية الأبعاد تستخدم البوليمرات الضوئية، ولكن بدلاً من الليزر، تستخدم جهاز عرض لعرض صورة واحدة لكل طبقة على كامل سطح حوض الراتنج. يؤدي هذا إلى معالجة طبقة كاملة من الجسم بسرعة.

التطبيقات الرئيسية

تقنية DLP مثالية لإنتاج نماذج أولية عالية الدقة، وأنماط الصب، ونماذج طب الأسنان، وتصنيع دفعات صغيرة من قطع الاستخدام النهائي. سرعتها تجعلها مفيدة للتطبيقات التي تتطلب أوقات إنتاج أسرع.

الإيجابيات والسلبيات

المزايا

• سرعات طباعة أسرع مقارنة بـ SLA
• دقة عالية وقدرة على الدقة
• يمكن طباعة الأشكال الهندسية المعقدة

العيوب

• أغلى من طابعات FDM
• خيارات المواد المحدودة القائمة على البوليمرات الضوئية
• يتطلب التعامل مع الراتنج بعناية
• قد تحتاج إلى تشطيب إضافي/معالجة لاحقة

توفر تقنية DLP دقة عالية جدًا بسرعات عالية نسبيًا، وإن كانت تكلفتها أعلى من تقنية FDM. وهي خيار ممتاز للنماذج الأولية المعقدة، وعمليات الصب، 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 طبقة تلو الأخرى بشكل انتقائي استنادًا إلى النموذج ثلاثي الأبعاد.

تطبيقات التصنيع

يُستخدم SLS بشكل شائع في النماذج الأولية الوظيفية وأجزاء الإنتاج النهائية في صناعات مثل الفضاء والسيارات والرعاية الصحية. قدرته على إنتاج أجزاء متينة ومقاومة للحرارة تجعله مناسبًا لتطبيقات التصنيع.

المزايا

• لا حاجة إلى هياكل الدعم
• 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 الطباعة متعددة النفثات (MultiJet printing)، هي تقنية طباعة ثلاثية الأبعاد تُنفث فيها مواد البوليمر الضوئي السائل انتقائيًا وتُعالج طبقة تلو الأخرى باستخدام الأشعة فوق البنفسجية. تُرسب رؤوس الطباعة مادة البناء والمواد الداعمة في آنٍ واحد.

التطبيقات النموذجية

تتميز شركة MJ بإنتاج نماذج أولية ونماذج مفاهيمية وأجزاء للاستخدام النهائي عالية الدقة في قطاعات متنوعة، مثل تصميم المنتجات، والتصنيع، وطب الأسنان، والطب، والمجوهرات. وتجعلها قدرتها على طباعة مواد وألوان متعددة في عملية واحدة متعددة الاستخدامات.

المزايا

• قادرة على طباعة مواد وألوان متعددة
• دقة عالية ودقة في التفاصيل
• غالبًا ما يتطلب السطح الأملس الحد الأدنى من المعالجة اللاحقة

العيوب

• الطابعات والمواد الأكثر تكلفة
• يجب إزالة المواد الداعمة
• قدرات مادية محدودة مقارنة ببعض التقنيات

بفضل قدراتها على طباعة مواد متعددة ودقتها العالية، تخدم Material Jetting احتياجات النماذج الأولية والإنتاج المتنوعة حيث تكون التفاصيل المعقدة والملمس والألوان متطلبات أساسية.

انخفاض عند الطلب (DOD)

عملية الطباعة في وزارة الدفاع

الطباعة ثلاثية الأبعاد حسب الطلب (DOD) يعمل هذا النظام عن طريق ترسيب مواد سائلة، مثل البوليمرات الضوئية أو الشمع، بشكل انتقائي على منصة بناء على شكل قطرات. تُقذف القطرات عبر فوهات صغيرة أثناء تحرك رأس الطباعة عبر المنصة طبقةً تلو الأخرى لإنشاء الكائن ثلاثي الأبعاد.

الاستخدامات الصناعية والتجارية

يُستخدم DOD بشكل شائع في نماذج التصور، والنماذج الأولية، وأنماط الصب، وعمليات الإنتاج الصغيرة. وله تطبيقات 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 أولية ونماذج أولية ومنتجات دفعات صغيرة في مختلف القطاعات.

نفث رابط الرمل

كيف تعمل نفثات رابط الرمل

رمل نفث المجلدات هي عملية طباعة ثلاثية الأبعاد تستخدم مادتين: الرمل ومادة رابطة سائلة. تُرسب طبقات الرمل وتُربط بعناية باستخدام المادة الرابطة في المناطق المطلوبة بناءً على بيانات النموذج ثلاثي الأبعاد. تُنتج هذه العملية قوالب رمل صلبة، أو أنوية، طبقة تلو الأخرى.

التطبيقات

تُستخدم تقنية نفث رابط الرمل بشكل أساسي في مصانع الصب وصب المعادن لطباعة قوالب الرمل والأنوية ثلاثية الأبعاد بسرعة لعمليات صب المعادن. فهي تُمكّن من تصميم تصاميم هندسية معقدة وتُسرّع الإنتاج مقارنةً 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 الرمل/النواة

على الرغم من اقتصارها على تطبيقات الصب، توفر تقنية Sand Binder Jetting حلاً تصنيعيًا إضافيًا فعالاً من حيث التكلفة لإنشاء قوالب رملية معقدة للغاية ونوى سريعة لعمليات صب المعادن.

نفث رابط معدني

كيفية عمل نفث الرابط المعدني

تُبنى الأجزاء في تقنية نفث رابط المعدن طبقةً تلو الأخرى باستخدام نظام مسحوق معدني ثنائي المكونات. تُرسب طبقات رقيقة من مسحوق المعدن، ثم يُربطها رابط سائل بشكل انتقائي بناءً على بيانات النموذج ثلاثي الأبعاد، مُشكلاً "جزءًا أخضر". يخضع هذا الجزء الأخضر لمزيد من المعالجة، مثل إزالة الرابط، والتلبيد، والترشيح، للحصول على المكون المعدني الكثيف النهائي.

التطبيقات

تُستخدم هذه التقنية المضافة في صناعات متعددة، مثل صناعة الطيران والسيارات والقطاع الطبي، لإنتاج قطع ومكونات معدنية هندسية معقدة. كما تتيح تصنيع قطع وأدوات معدنية 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
• اقتصاديًا مقارنة ببعض عمليات الطباعة ثلاثية الأبعاد المعدنية الأخرى

العيوب

• تتوفر حاليًا مجموعة محدودة من المواد المتوافقة
• يتطلب خطوات إضافية بعد المعالجة مثل إزالة الروابط والتلبيد
• قد تختلف جودة الجزء النهائي بناءً على معايير 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 للمعادن بالليزر (DMLS)/الصهر الانتقائي بالليزر (SLM)

عملية طباعة DMLS/SLM

DMLS و SLM عمليات تصنيع إضافية متشابهة تُبنى فيها الأجزاء المعدنية طبقةً تلو الأخرى باستخدام ليزر عالي الطاقة. تُنشر طبقات رقيقة من مسحوق معدني ناعم بالتساوي، ثم يُصهر الليزر جزيئات المسحوق أو يُلبّدها معًا بشكل انتقائي بناءً على بيانات النموذج ثلاثي الأبعاد، مما يُدمج المعدن لتشكيل القطعة.

التطبيقات الرئيسية

تقنيات DMLS/SLM هي تم اعتمادها على نطاق واسع في مختلف الصناعات مثل صناعة الطيرانتُستخدم هذه المواد في صناعات السيارات، والطب، وطب الأسنان، نظرًا لقدرتها على إنتاج مكونات معدنية شديدة التعقيد والمتانة، تتميز بخصائص ميكانيكية ممتازة ودقة عالية في التفاصيل. في صناعة الطيران، تُستخدم هذه المواد في تصنيع الأجزاء الهيكلية خفيفة الوزن ومكونات المحركات. أما في قطاع السيارات، فتُمكّن من إنتاج نماذج أولية وظيفية وقطع إنتاجية. تشمل التطبيقات الطبية زراعة الأسنان الخاصة بالمريض، بالإضافة إلى أدلة الجراحة. أما في طب الأسنان، فتُستخدم مواد DMLS/SLM في تصنيع التيجان والجسور وأطر أطقم الأسنان الجزئية القابلة للإزالة.

المزايا:

• تنتج أجزاء معدنية قوية وعالية الكثافة ذات خصائص مادية جيدة
• يتيح إنشاء أشكال هندسية معقدة يصعب تنفيذها باستخدام التصنيع التقليدي
• تتطلب الأجزاء القليل من المعالجة اللاحقة أو لا تتطلب أي معالجة لاحقة

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 جنبًا إلى جنب مع القدرة 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 يستخدم شعاعًا إلكترونيًا مُركّزًا في فراغ عالٍ لصهر طبقات من مسحوق المعدن انتقائيًا وفقًا للنموذج الرقمي ثلاثي الأبعاد. يُسخّن شعاع الإلكترون جزيئات مسحوق المعدن ويُذيبها، مما يُؤدي إلى اندماجها وتصلبها لتكوين الجزء المطلوب طبقةً تلو الأخرى.

تطبيقات عالية الأداء

تقنية التصنيع القائم على الأدلة (EBM) مناسبة تمامًا لإنتاج قطع معدنية عالية الجودة وكثيفة بالكامل، ذات خصائص ميكانيكية وحرارية ممتازة. وتُستخدم في الصناعات التي تتطلب مكونات عالية الأداء، مثل صناعة الطيران لأجزاء محركات الطائرات والمكونات الهيكلية، وصناعة السيارات للمكونات عالية التحمل مثل شفرات التوربينات، وفي المجال الطبي لزراعة العظام والأسنان المُخصصة، وفي قطاع الطاقة 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 الاستفادة من مجموعة من المواد المعدنية عالية الأداء

العيوب

• المعدات الصناعية باهظة الثمن وتكاليف التشغيل
• يتطلب مرافق متخصصة للغاية ومشغلين مهرة
• توافق محدود للمواد مقارنة ببعض التقنيات
• قيود حجم القطعة بسبب أبعاد حجرة البناء

وعلى الرغم من التكاليف العالية 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 - بدءًا من تقنية FDM المكتبية وSLA لإنتاج نماذج أولية بأسعار معقولة، وصولًا إلى SLS الصناعية لإنتاج قطع تصنيع متينة. تتيح تقنيات المواد المتعددة إنتاج أجسام معقدة ومتعددة الألوان. يُنتج التلبيد بالليزر المعدني المباشر ونفث المادة الرابطة مكونات معدنية عالية الأداء تتميز بمرونة في التصميم.تُنتج عمليات متخصصة، مثل صهر شعاع الإلكترون، قطعًا فائقة المتانة للصناعات المتطلبة. ومع تطور الطباعة ثلاثية الأبعاد بمواد مُحسّنة وسرعات أعلى ودقة أعلى، سيزداد اعتمادها في قطاعي المستهلكين والصناعة. اختر تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد المناسبة لتحويل أفكارك إلى واقع ملموس.

اقرأ المزيد

• ABS مقابل PLA: أيهما أفضل لاحتياجات الطباعة ثلاثية الأبعاد؟
• هل للطباعة ثلاثية الأبعاد رائحة؟ معلومات مهمة
• دليل مواد الطباعة ثلاثية الأبعاد: ابتكر في تصنيعك
• نصائح وحيل لطباعة FDM ثلاثية الأبعاد ناجحة