تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد واتجاه تطورها
في السنوات الأخيرة ، أصبح تطبيق تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد في تصميم المنتجات الصناعية ، وخاصة في مجال تصنيع نماذج المنتجات الرقمية ، اتجاهًا وموضوعًا ساخنًا. بدأ النضج والتطبيق التدريجي لمعدات الطباعة ثلاثية الأبعاد لسطح المكتب في تعزيز صعود سوق الطباعة ثلاثية الأبعاد العالمية. يتوقع تقرير بحثي صادر عن Global Industry Analysis Inc أن سوق الطباعة ثلاثية الأبعاد العالمي سيصل إلى 2.99 مليار دولار في عام 2018.
I. تكنولوجيا الطباعة ثلاثية الأبعاد والطابعات ثلاثية الأبعاد
تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد والطباعة ثلاثية الأبعاد هما مفهومان مختلفان تمامًا. الطباعة ثلاثية الأبعاد هي فصل الصورة إلى صورتين باللونين الأحمر والأزرق بزوايا مختلفة ، ثم طباعة فوق الصورتين معًا وفقًا لمسافة المنظر المحددة ، ومشاهدتهما بنظارات خاصة لتشكيل تأثير مرئي ثلاثي الأبعاد ، أو بعد الصور معالجة خاصة ، تقنية طباعة تطبع مباشرة على لوحة عدسية خاصة لتقديم تأثير بصري ثلاثي الأبعاد. تشير تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد إلى استخدام تقنية الطباعة النافثة للحبر ثلاثية الأبعاد ، من خلال الجمع بين المعالجة الطبقية وتشكيل التراكب ، لزيادة طبقة المادة بطبقة لإنشاء كيان ثلاثي الأبعاد ، لتحقيق نفس الكائن الحقيقي ثلاثي الأبعاد مثل النماذج ثلاثية الأبعاد الأخرى تقنيات التصنيع مثل التشكيل بالليزر. تكنولوجيا التصنيع الرقمية.
1. طابعة ثلاثية الأبعاد تعتمد على تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد
ترسل الطابعة ثلاثية الأبعاد القائمة على تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد أولاً كمية معينة من مسحوق المواد الخام من برميل التخزين ، ويتم دفع المسحوق إلى طبقة رقيقة بواسطة الأسطوانة على منصة المعالجة ، ثم يرش رأس الطباعة مادة لاصقة خاصة في المنطقة ليتم تشكيلها. في هذا الوقت ، سوف يتجمد المسحوق الذي يصادف المادة الرابطة ويتماسك بسرعة ، بينما يظل المسحوق الذي لا يواجه الموثق مفكوكًا. بعد رش كل طبقة ، ستنخفض منصة المعالجة تلقائيًا قليلاً ، وستستمر في الدوران وفقًا لنتائج تشريح الكمبيوتر حتى اكتمال الكائن الحقيقي. بعد الانتهاء ، قم ببساطة بمسح الطبقة الخارجية السائبة من المسحوق للحصول على الجسم ثلاثي الأبعاد المطلوب.
2. طابعة ثلاثية الأبعاد تعتمد على تكنولوجيا تصنيع الترسيب المنصهر
يتمثل مبدأ عمل الطابعة ثلاثية الأبعاد على أساس تقنية تصنيع الترسيب المنصهر في استيراد البيانات المادية التي تم إنشاؤها بواسطة CAD إلى برنامج التحكم الخاص بالطابعة ثلاثية الأبعاد ، ثم معالجتها لتوليد المسار المتحرك لمادة الدعم والفوهة الحرارية. بعد ذلك ، وتحت تحكم الكمبيوتر ، ستتحرك الفوهة الحرارية على مستوى الطباعة وفقًا لمعلومات ملف تعريف المقطع العرضي للكائن. في الوقت نفسه ، سيتم إرسال المادة الفتيلية البلاستيكية الحرارية إلى الفوهة الحرارية بواسطة آلية إمداد الفتيل ، ويتم تسخينها وصهرها في حالة شبه سائلة في الفوهة ثم يتم بثقها. خارج ، ورشها على منصة العمل المقابلة. بعد أن يتم تبريد مادة اللدائن الحرارية التي تم رشها بسرعة ، يتم تشكيل لوح كفاف بسمك حوالي 0.1 مم على المنصة ، تشكيل قسم مطبوع ثلاثي الأبعاد. يتم تدوير عملية التشغيل هذه بشكل مستمر ، ويتم تقليل ارتفاع طاولة الحمل باستمرار ، وتشكل طبقات أقسام الطباعة ثلاثية الأبعاد كومة متعددة الطبقات ، وفي النهاية يتم الحصول على الكائنات ثلاثية الأبعاد المطلوبة.
ثانيًا. متطلبات تطبيق تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد
في الوقت الحاضر ، تدعم تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد مجموعة متنوعة من المواد ويمكن استخدامها على نطاق واسع في مجالات مختلفة مثل المجوهرات والأحذية والتصميم الصناعي والهندسة المعمارية والسيارات والفضاء وطب الأسنان والطب وحتى الطعام. المواد المستخدمة هي الراتنج أو النايلون أو الجبس أو ABS أو البولي كربونات (PC) أو المكونات الغذائية ، اعتمادًا على احتياجات هدف التطبيق. إن تقنية النماذج الأولية السريعة للطابعات ثلاثية الأبعاد تجعلها فريدة من نوعها في السوق ولديها إمكانات كبيرة في تطبيقات الإنتاج. يتم تلخيص التطبيقات الساخنة على النحو التالي.
1. التطبيق الصناعي
ال"دراجة هوائية"هي أول دراجة مطبوعة في العالم تنتجها الشركة الأوروبية للدفاع الجوي والفضاء في بريستول بالمملكة المتحدة ، باستخدام الطابعات ثلاثية الأبعاد وتقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد. تستخدم الدراجة النايلون ، وهو قوي مثل الفولاذ والألمنيوم ، وهو أخف بنسبة 65 بالمائة من المعدن. الأمر الأكثر إثارة للاهتمام هو أن ملف"دراجة هوائية"سواء كانت العجلة أو السلسلة أو المحمل ، تتم طباعتها في وقت واحد ، دون عملية التجميع الأصلية لتصنيع الأجزاء ثم تجميع الأجزاء معًا. بعد اكتمال الطباعة ، يمكن للدراجة أن تتحرك بحرية. عملية صنع دراجة بسيطة مثل طباعة خطوط غير متصلة في طباعة مسطحة ، طابعة ثلاثية الأبعاد قادرة على طباعة الأشياء التي يتم فصلها مكانيًا عن بعضها البعض.
2. التطبيقات الطبية
في الطب ، يتم تعديل مزيج البوليمرات ثنائية الفوتون والمواد الوظيفية الحيوية إلى شعيرات دموية عن طريق الطباعة ثلاثية الأبعاد ، والتي لا تتمتع فقط بالمرونة الجيدة والتوافق البشري ، ولكن يمكن أيضًا استخدامها لاستبدال الأوعية الدموية الميتة ، جنبًا إلى جنب مع الأعضاء الاصطناعية ، واستبدالها جزئيًا المخدرات الحيوانات التجريبية في التنمية. في معرض BiotechnicalFair في ألمانيا في أكتوبر 2011 ، جذبت الشعيرات الدموية الاصطناعية المطبوعة بواسطة طابعات ثلاثية الأبعاد انتباه المشاركين. تم تطبيق هذه الشعيرات الدموية الاصطناعية في الطب السريري.
3. تطبيق الحياة اليومية
"طابعة طعام ثلاثية الأبعاد"هي إحدى معدات تصنيع الأغذية التي طورتها جامعة كورنيل في نيويورك. هذه"طابعة طعام ثلاثية الأبعاد"يستخدم مبدأ عمل مشابهًا لمبدأ طابعة الكمبيوتر اليومية. توضع المكونات والمكونات في الحاوية (الخرطوشة) مسبقًا. فقط أدخل الوصفة المطلوبة ، ويمكن أن يكون الطعام"مطبوعة"من خلال برنامج CAD الداعم."يخرج. بالنسبة للعديد من الطهاة ، فإن أواني الطهي الجديدة هذه تعني أنه يمكنهم إنشاء أطباق جديدة ، وإنشاء أطباق أكثر تخصيصًا ، والحصول على قيمة مضافة أعلى للطعام. باستخدام أ"طابعة طعام ثلاثية الأبعاد"يمكن أن تقلل صناعة الطعام بشكل كبير من الارتباط من المواد الخام إلى المنتجات النهائية ، وبالتالي تجنب الآثار الضارة مثل التلوث والحفظ في معالجة الأغذية ونقلها وتعبئتها. نظرًا لأنه يجب وضع مكونات ومكونات الطهي في حاوية الطابعة ، يجب أن تكون مكونات الطعام في حالة سائلة أو في حالة أخرى يمكن"مطبوعة".
4. تطبيقات تكنولوجيا المعلومات
في الآونة الأخيرة ، استخدمت مجموعة من الباحثين من ديزني تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد لطباعة شاشة LCD ومجموعة متنوعة من أجهزة الاستشعار على بلاستيك شديد الشفافية مع نفس تأثير زجاج شبكي بتكلفة منخفضة ، مما حقق طفرة جديدة في تطبيقات تكنولوجيا المعلومات. باستخدام أنابيب ضوء مطبوعة ثلاثية الأبعاد ، يمكن إنشاء قطع شطرنج عالية التقنية تكشف عن مواقعها الحالية وتعرضها.
على الرغم من أن هذه الشاشة أحادية اللون غير ذات أهمية مقارنة بالشاشات الملونة التي نراها في الحياة اليومية ، إلا أنها تتمتع بمزايا التكلفة المنخفضة وعملية التصنيع البسيطة لتقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد. بالإضافة إلى الشاشة ، يمكن طباعة مجموعة متنوعة من أجهزة الاستشعار باستخدام تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد. يمكن لهذه المستشعرات اكتشاف اللمس والاهتزاز والمحفزات الأخرى من خلال ضوء الأشعة تحت الحمراء وإخراج النتائج. ستعمل تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد بالتأكيد على إنشاء المزيد من تطبيقات تكنولوجيا المعلومات للحياة الذكية والمدينة الذكية.
ثالثا. اتجاه تطوير تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد
في السنوات الأخيرة ، استمرت تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد في التطور ، وقد أدى الانخفاض الكبير في التكلفة إلى دخولها السوق الرئيسية من المساحة المتخصصة للبحث والتطوير. لقد اجتذب تطبيق النماذج والهدايا والهدايا التذكارية وحتى الحرف اليدوية المصنوعة بواسطة الطباعة ثلاثية الأبعاد إلى حد كبير الاهتمام الاجتماعي والاستثمار. تسارع التطور ، وبدأ السوق في إظهار قفزة مزدوجة من حيث الكمية والنوعية. من المتوقع أن تمثل المنتجات النهائية المطبوعة ثلاثية الأبعاد 50 ٪ من إجمالي إنتاج المنتج في عام 2020.
في ديسمبر 2012 ، صرح نائب وزير الصناعة وتكنولوجيا المعلومات ، سو بو ، علنًا أنه سيعزز تصنيع الطباعة ثلاثية الأبعاد ، وصياغة خارطة طريق واستراتيجيات تنمية متوسطة وطويلة الأجل ، وزيادة توجيه السياسات المالية والضريبية. بحسب ال"شنغهاي سيكيوريتيز نيوز"في التقرير ، يجري بحث وصياغة الخطة الإستراتيجية الحالية المتعلقة بالطباعة ثلاثية الأبعاد ، ومن المتوقع الإعلان عنها بعد الجلستين. في الوقت نفسه ، اتخذت الحكومة المحلية زمام المبادرة. سيقع أول مجمع صناعي للطباعة ثلاثية الأبعاد في بلدي في منطقة ووهان إيست ليك للتكنولوجيا الفائقة. في الوقت الحالي ، تجري لجنة التنمية والإصلاح لبلدية ووهان والإدارات الأخرى تحقيقًا شاملاً في صناعة الطباعة ثلاثية الأبعاد ، وتخطط لإعداد خطة وتقديم الدعم والزراعة. كتبت دونغقوان أيضًا تطوير الطباعة ثلاثية الأبعاد في تقرير عمل الحكومة المحلية لهذا العام. شي يوشينغ ، مدير مركز التصنيع السريع بجامعة هواتشونغ للعلوم والتكنولوجيا ، أول بحث وتطوير لتكنولوجيا الطباعة ثلاثية الأبعاد في الصين ،"مطبعة"زر. . الآن بدأت بعض شركات السباكة في تطوير طابعات ثلاثية الأبعاد انتقائية للتلبيد بالليزر وتطبيقاتها ، في محاولة لتقصير المهلة الزمنية للمسبوكات المعقدة من 3 أشهر إلى 10 أيام. قامت الشركة المصنعة للمحرك بتقصير دورة تطوير قلب الرمال لرأس الأسطوانة لمحرك ديزل كبير بست أسطوانات من الأشهر الخمسة الماضية إلى أسبوع واحد من خلال تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد. قال شي يوشينغ:"تتمثل أكبر ميزة لتقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد في قدرتها على توسيع خيال المصممين. طالما يمكن تصميم الأشياء في رسومات ثلاثية الأبعاد على الكمبيوتر ، سواء كانت ملابس بأشكال مختلفة ، أو مشغولات يدوية رائعة ، أو سيارات مخصصة ، طالما أنه بعد حل مشكلة المواد ، يمكن تحقيق الطباعة ثلاثية الأبعاد ".
مع الاختراق المستمر لتقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد ، وتحسين المواد الجديدة ، والتحسين المستمر لسرعة وحجم الطباعة ثلاثية الأبعاد ، والتحسين المستمر لتقنيتها ، والتوسع المستمر في مجالات التطبيق ، وخاصة الإمكانات في مجال فنون الجرافيك ، النموذج المفاهيمي ثلاثي الأبعاد لنقل فكرة المبدع أو الحل بشكل أفضل ، يمكن أن تكون الصورة أفضل من وصف لمئات أو حتى آلاف الكلمات. يعتقد المحترفون اعتقادًا راسخًا أن الطباعة ثلاثية الأبعاد المخصصة أو المخصصة يمكن أن تضع نموذجًا خياليًا ثلاثي الأبعاد أمام عينيك على الفور ، ويمكنها تحسين المنتجات بسرعة ، وسوف يتجاوز معدل النمو الخيال ، وسيغير مستقبل التطبيقات المختلفة في المجتمع.
ستعمل تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد على التخلص من خطوط الإنتاج التقليدية ، وتقصير دورة الإنتاج ، وتقليل نفايات الإنتاج بشكل كبير ، وتقليل كمية المواد الخام المطلوبة إلى جزء صغير من الأصل. لن تؤدي الطباعة ثلاثية الأبعاد إلى توفير التكاليف وتحسين دقة الإنتاج فحسب ، بل ستعوض أيضًا أوجه القصور في التصنيع التقليدي ، وسترتفع بسرعة في السوق المدنية ، وبالتالي فتح حقبة جديدة من التصنيع وجلب فرص وآمال جديدة لصناعة الطباعة .
