تعد النمذجة ثلاثية الأبعاد اتجاهًا شائعًا ومتطورًا ومتعدد المهام في صناعة الكمبيوتر اليوم. أصبح إنشاء نماذج افتراضية لشيء ما جزءًا لا يتجزأ من الإنتاج الحديث.
التقنيات الحديثة لا تقف مكتوفة الأيدي ويتم اختراع عناصر جديدة كل يوم في مختلف مجالات العلوم. أحد هذه الدراية هو طابعة ثلاثية الأبعاد. يتيح اختراع هذا الجهاز إمكانية إنشاء نماذج ثلاثية الأبعاد فريدة ، يمكن استخدامها في أي صناعة ، من البناء إلى الطب.
تاريخ الطابعة ثلاثية الأبعاد وما هو؟
في الواقع ، ظهرت الطابعات ثلاثية الأبعاد الصناعية منذ وقت طويل ، ولكن لم يتم الإعلان عن وجودها لعامة الناس. ظهر أول نموذج ثلاثي الأبعاد في عام 1985. كانت الطابعة تعمل بعض الشيء وتم طباعتها بالأبيض والأسود. بالفعل في عام 1988 ، بدأ إنتاج نماذج الألوان. يوجد حاليًا عدد كبير من النماذج التي تعمل على مجموعة واسعة من المواد. في عام 2000 ، كانت الطابعات ثلاثية الأبعاد تعمل فقط مع بلاستيك ABC. واليوم ، توسعت مجموعة المواد إلى عدة مئات من المواد. وتشمل هذه: الأكريليك ، والخرسانة ، والهيدروجيل ، والورق ، والجبس ، والجليد ، إلخ.
بالفعل في عام 2005 ، ظهر نموذج للطابعة ، مما جعل من الممكن إنشاء نماذج ملونة. يمكن لهذا الجهاز طباعة معظم مكونات النموذج. في عام 2014 ، ظهرت أول طابعة بمساحة طباعة ضخمة. يسمح هذا التطوير بإنشاء نماذج ذات حجم غير محدود. كانت هناك بالفعل محاولة لطباعة منزل خرساني بحجمه الكامل.
لم يستغرق إنشاء مثل هذا الهيكل أكثر من يوم واحد. بالفعل في عام 2016 ، تم تقديم أول مبنى مطبوع ثلاثي الأبعاد في دبي. في فبراير 2017 ، كشفت روسيا أيضًا عن منزل مطبوع بالكامل في موقع البناء. هذا العام ، تم أيضًا تطوير طابعة سداسية المحاور ، والتي سيكون من السهل طباعة العناصر المعقدة بها دون الحاجة إلى الهياكل الداعمة. في الوقت الحالي ، يتم تطوير الطابعات التي يمكنها طباعة الأعضاء البشرية والأطراف الاصطناعية والغرسات وأجسام السيارات وحتى الطعام على قدم وساق.
إذن ما هي الطابعة ثلاثية الأبعاد وما هي الوظائف التي تؤديها؟
تعد الطابعة ثلاثية الأبعاد جهازًا خاصًا لإنشاء نماذج ثلاثية الأبعاد. باستخدام هذا الجهاز ، يمكنك إنشاء نماذج ثلاثية الأبعاد بأحجام مختلفة. نظرًا لإخراج المعلومات في شكل ثلاثي الأبعاد ، فإن جميع الكائنات التي تم الحصول عليها لها معلمات فيزيائية حقيقية.
كيف تعمل الطابعة ثلاثية الأبعاد وكيف يتم إنشاء نماذج ثلاثية الأبعاد حقيقية؟
إذا وصفنا عمل طابعة ثلاثية الأبعاد بشكل عام ، فهناك عدة مراحل رئيسية لعملها:
- إنشاء نموذج ثلاثي الأبعاد في برنامج رسومات. في هذه المرحلة ، يتم إنشاء النموذج على الكمبيوتر باستخدام قوالب افتراضية خاصة.
- تقسيم النموذج إلى طبقات.
- تتعلق المرحلة التالية بتشغيل الطابعة نفسها. إنها تشكل كتلة من مسحوق خاص طبقة طبقة ، والتي تستخدم لمزيد من تشكيل النموذج. يتم إنشاء غرفة خاصة مليئة بالمواد البلاستيكية.
- بعد كل طبقة ، يتم تشحيم المادة بطبقة لاصقة ، مما يعطي قوة النموذج المستقبلي.
أنواع النمذجة ثلاثية الأبعاد
في هذا المجال ، تتطور التقنيات الحديثة في عدة اتجاهات:
- تقنيات الطباعة الحجرية المجسمة ، والتي يتم اختصارها باسم STL. تنسيق ملف يستخدم على نطاق واسع لتخزين النماذج ثلاثية الأبعاد للكائنات لاستخدامها في التقنيات المضافة.
- طرق تطبيق اللدائن الحرارية - FDM. نمذجة النماذج باستخدام ترسيب المواد طبقة تلو الأخرى.
- تلبيد الليزر - SLS. تتضمن التكنولوجيا (SLS) استخدام ليزر واحد أو أكثر (عادة ثاني أكسيد الكربون) لتلبيد جزيئات مادة مساحيق لتشكيل جسم مادي ثلاثي الأبعاد.
اليوم ، تعد طريقة الترسيب طبقة تلو الأخرى هي الأكثر شيوعًا والمستخدمة على نطاق واسع في الصناعة.
المزايا الرئيسية لهذه الطريقة هي:
- استخدام مواد عالية الجودة وغير مكلفة ؛
- تقنية عملية بسيطة
- الصداقة البيئية للمواد المستخدمة.
الليثوغرافيا الحجرية بالليزر
يستخدم هذا النوع من النمذجة ثلاثية الأبعاد على نطاق واسع في الأطراف الصناعية للأسنان. السمة المميزة لهذا النوع من الطباعة هي إنتاج كائنات عالية الجودة. يتم تحقيق هذه النتائج بفضل استخدام المعدات التي تعمل في شبكة الأبعاد ، والتي يتم حسابها بوحدة ميكرون.
كيف تعمل هذه المعدات؟
يعتمد الجزء الوظيفي من هذه المعدات على أجهزة عرض LED فوق البنفسجية. يوجد داخل هذه الطابعات ثلاثية الأبعاد مرايا دقيقة توفر انحرافًا دقيقًا للحزم. نتيجة لذلك ، ليس متسلسلاً ، ولكن يحدث التعرض الكامل لطبقات الكنتور.
تلبيد الليزر
التلبيد بالليزر ، أو تقنية SLS ، هو نوع آخر من النمذجة بالليزر. للتشغيل ، تستخدم هذه الأجهزة بلاستيكًا منخفض الانصهار. أساس التطور الفريد هو ليزر قوي يتتبع الخطوط على قاعدة بلاستيكية ، ويدمج المادة. تتكرر العملية حتى يتم الحصول على نموذج كامل. عيب كبير في تلبيد الليزر هو مسامية النماذج الناتجة. ومع ذلك ، فإن هذا لا يؤثر على القوة بأي شكل من الأشكال. يُعتقد أن النماذج التي تم الحصول عليها بهذه الطريقة هي الأكثر ديمومة. إن تركيب تلبيد الليزر له تكلفة عالية إلى حد ما ، وعملية تشكيل النموذج نفسه تستغرق وقتًا طويلاً.
ما هي المواد المستخدمة لإنشاء نماذج ثلاثية الأبعاد؟
كما ذكرنا سابقًا ، فإن المادة الرئيسية المستخدمة في الطابعات ثلاثية الأبعاد هي اللدائن الحرارية. يأتي في شكلين: ABS و PLA. بالإضافة إلى ذلك ، أصبحت مواد مثل النايلون والبولي إيثيلين والبولي كربونات وأنواع أخرى من المواد المستخدمة في الصناعة منتشرة على نطاق واسع.
تتضمن العديد من الطابعات ثلاثية الأبعاد خلط عدة أنواع من المواد ، والجمع بين خصائصها الفيزيائية والكيميائية.
التركيبات التي تستخدم المعادن لعملهم أكثر تعقيدًا في هيكلها. يعود الاختلاف في التكنولوجيا إلى وظائف رأس الطباعة ، التي تعمل على أساس برنامج كمبيوتر. بمساعدتها ، يتم تطبيق كتلة لاصقة الرابطة على الأماكن التي يشير إليها برنامج الكمبيوتر. بعد ذلك ، يطبق الرأس طبقة رقيقة من مسحوق المعدن على منطقة العمل بأكملها. أي أن المعدن لا يذوب ، كما هو الحال مع البلاستيك ، ولكن يتم تطبيقه ولصقه معًا في طبقات على شكل جزيئات أصغر.
حقائق مثيرة للاهتمام حول الطابعات ثلاثية الأبعاد
- لا تستخدم الطباعة ثلاثية الأبعاد في الصناعة فحسب ، بل تستخدم على نطاق واسع في الطب والطبخ وحتى في الفضاء.
- كل عام يصبح سعر الطابعات ثلاثية الأبعاد أقل وبأسعار معقولة. قريبًا ستكون هذه التكنولوجيا متاحة للجميع تقريبًا.
- تم إنشاء أول نموذج ثلاثي الأبعاد في عام 1984. حصل عليها تشاك هيل نتيجة للطباعة الحجرية الحجرية.
- منذ وقت ليس ببعيد ، تم إنشاء أعضاء اصطناعية باستخدام طابعة ثلاثية الأبعاد. كانت الأطراف الصناعية للأذن هي النماذج الأولى.
- في المستقبل القريب ، سيقوم العلماء بطباعة أول نموذج بشري.
- ستساعد النمذجة ثلاثية الأبعاد في تقليل تكاليف الإنتاج ، لذا سيصبح إنتاج المصنع غير مربح قريبًا.
- تم استخدام التقنيات ثلاثية الأبعاد في التصوير السينمائي لفترة طويلة جدًا لإنشاء نماذج واقعية.
- يقترح العلماء أنه بمساعدة النمذجة ثلاثية الأبعاد ، يمكن إنشاء روبوتات بدلاً من استكشاف الناس للفضاء.
- تم بالفعل عرض نماذج ثلاثية الأبعاد من الفساتين للعالم. أصبحت عارضة الأزياء Dita Von Teese أول نجمة ترتدي فستانًا مطبوعًا ثلاثي الأبعاد.
