ربما تكون قد سمعت عن الطباعة ثلاثية الأبعاد التي يتم نشرها باعتبارها مستقبل التصنيع. ومع الطريقة التي تطورت بها التكنولوجيا وانتشرت تجاريًا ، فقد تحقق نجاحًا كبيرًا في الضجيج المحيط بها. إذن ، ما هي الطباعة ثلاثية الأبعاد؟ ومن الذي جاء به؟
أفضل مثال لوصف كيفية عمل الطباعة ثلاثية الأبعاد يأتي من المسلسل التلفزيوني ستار تريك: الجيل القادم. في هذا الكون الخيالي المستقبلي ، يستخدم الطاقم على متن سفينة فضائية جهازًا صغيرًا يسمى وحدة النسخ المتماثل لإنشاء أي شيء تقريبًا ، كما في أي شيء بدءًا من الطعام والشراب وحتى اللعب. الآن في حين أن كليهما قادران على تقديم كائنات ثلاثية الأبعاد ، إلا أن الطباعة ثلاثية الأبعاد ليست بنفس الدرجة من التطور. بينما يعالج جهاز النسخ المتماثل الجسيمات دون الذرية لإنتاج أي شيء صغير يتبادر إلى الذهن ، فإن الطابعات ثلاثية الأبعاد "تطبع" المواد في طبقات متتالية لتشكيل الكائن.
التنمية في وقت مبكر
من الناحية التاريخية ، بدأ تطوير التكنولوجيا في أوائل الثمانينيات من القرن الماضي ، حتى قبل أن يسبق البرنامج التلفزيوني المذكور. في عام 1981 ، كان هيديو كوداما من معهد البحوث الصناعية لبلدية ناغويا أول من نشر حسابًا لكيفية ذلك يمكن استخدام مواد تسمى البوليميرات الضوئية التي تصلب عند التعرض للأشعة فوق البنفسجية لتصنيع المواد الصلبة بسرعة النماذج الأولية. على الرغم من أن ورقته وضعت الأساس للطباعة ثلاثية الأبعاد ، إلا أنه لم يكن أول من أنشأ طابعة ثلاثية الأبعاد بالفعل.
هذا الشرف المرموق يذهب إلى المهندس تشاك هال، الذي قام بتصميم وإنشاء أول طابعة ثلاثية الأبعاد في عام 1984. كان يعمل في شركة تستخدم مصابيح الأشعة فوق البنفسجية لتصميم أغطية صلبة ومتينة للجداول عندما تحدث عن فكرة الاستفادة من تكنولوجيا الأشعة فوق البنفسجية لصنع نماذج أولية صغيرة. لحسن الحظ ، كان لدى هول مختبر ليعبر عن فكرته لعدة أشهر.
كان مفتاح صنع مثل هذه الطابعة هو البوليميرات الضوئية التي بقيت في حالة سائلة حتى تفاعلت معها ضوء الأشعة فوق البنفسجية. استخدم النظام الذي ستطوره هال في نهاية المطاف ، والمعروف باسم التجسيمي المجسم ، حزمة من ضوء الأشعة فوق البنفسجية لرسم شكل الجسم من ضريبة القيمة المضافة للبوليمر الضوئي السائل. نظرًا لأن شعاع الضوء يصلب كل طبقة على طول السطح ، فإن المنصة تتحرك لأسفل بحيث يمكن تشديد الطبقة التالية.
قدم براءة اختراع عن هذه التقنية في عام 1984 ، ولكن بعد ثلاثة أسابيع من تقديم فريق من المخترعين الفرنسيين ، ألان لو ميهوتي ، أوليفييه دو ويت ، وجان كلود أندريه ، براءة اختراع لعملية مماثلة. ومع ذلك ، فقد تخلى أرباب العمل عن الجهود المبذولة لتطوير التكنولوجيا بسبب "عدم وجود منظور تجاري". هذا سمح لهول لحقوق التأليف والنشر مصطلح "التصوير المجسم". تم إصدار براءة اختراعه ، وعنوانها "جهاز لإنتاج الأشياء ثلاثية الأبعاد بواسطة مجسمة" في 11 مارس 1986. في تلك السنة ، شكل هول أيضًا أنظمة ثلاثية الأبعاد في فالنسيا ، كاليفورنيا حتى يتمكن من البدء في النماذج الأولية السريعة تجاريًا.
التوسع في مواد وتقنيات مختلفة
بينما غطت براءة اختراع Hull العديد من جوانب الطباعة ثلاثية الأبعاد ، بما في ذلك برامج التصميم والتشغيل ، التقنيات ومجموعة متنوعة من المواد ، فإن المخترعين الآخرين بناء على المفهوم مع مختلف اقتراب. في عام 1989 ، أ براءة الإختراع حصل على جائزة Carl Deckard ، وهو طالب دراسات عليا بجامعة تكساس قام بتطوير طريقة تسمى تلبد الليزر الانتقائي. مع SLS ، شعاع الليزر تم استخدامه لربط المواد المسحوقة ، مثل المعادن ، معًا لتشكيل طبقة من الكائن. يضاف المسحوق الطازج إلى السطح بعد كل طبقة متتالية. كما تستخدم أشكال أخرى مثل التلبيد المباشر بالليزر المعدني وذوبان الليزر الانتقائي في صياغة الأشياء المعدنية.
يسمى الشكل الأكثر شعبية والأكثر شهرة للطباعة ثلاثية الأبعاد بنمذجة الترسيب المنصهرة. FDP ، وضعه المخترع س. يضع Scott Crump المواد في طبقات مباشرة على منصة. يتم صرف المادة ، التي عادة ما تكون راتنجًا ، عبر سلك معدني ، وعندما يتم إطلاقها عبر الفوهة ، تصلب فورًا. جاءت الفكرة إلى Crump في عام 1988 أثناء محاولته صنع ضفدع لعبة لابنته من خلال توزيع شمع الشمع من خلال مسدس الغراء.
في عام 1989 ، حصل Crump على براءة اختراع للتكنولوجيا ومع زوجته في تأسيس شركة Stratasys Ltd. لصنع وبيع آلات الطباعة ثلاثية الأبعاد للنماذج الأولية السريعة أو التصنيع التجاري. أخذوا شركتهم العامة في عام 1994 وبحلول عام 2003 ، أصبح FDP التكنولوجيا الأكثر مبيعا النماذج الأولية.