أنواع الطباعة ثلاثية الأبعاد: العمليات والمواد ودليل الاختيار

أنواع الطباعة ثلاثية الأبعاد

الطباعة 3D تشمل عملية التصنيع عدة تقنيات لبناء الأجزاء طبقة تلو الأخرى انطلاقاً من تصميم رقمي. وتختلف كل طريقة عن الأخرى، مما يؤثر على خيارات المواد، وتشطيب السطح، والمتانة، والتكلفة الإجمالية للجزء. يعتمد اختيار الطريقة الصحيحة علىفي احتياجات المشروع مثل التكلفة والمواد ومتطلبات الأداء، مما يساعد على ضمان اختيار العملية الأنسب.

تشمل بعض أكثر أنواع تقنيات الطباعة ثلاثية الأبعاد شيوعًا: SLA، وFDM، وDLP، وMJF، وPolyJet، وDMLS، وEBM، و طباعة SLS ثلاثية الأبعاد. تستخدم هذه العمليات تقنيات مختلفة، مثل الليزر أو الضوء أو الحرارة، لتشكيل الأجزاء في البلاستيك أو المعدن، وذلك حسب التطبيق المقصود.

لا توجد طريقة واحدة مثالية للطباعة ثلاثية الأبعاد. يعتمد اختيار نوع الطباعة ثلاثية الأبعاد المناسب على عوامل مثل: الدقة، والقوة، والسرعة، وتعقيد التصميم. تُعدّ تقنيتا FDM وSLA مناسبتين للنماذج الأولية السريعة، بينما تُعدّ تقنيات SLS وMJF والطباعة المعدنية أفضل للنماذج الأولية القوية.الأجزاء الوظيفية د.

تُستخدم الطباعة ثلاثية الأبعاد على نطاق واسع اليوم في صناعة النماذج الأولية، والأدوات، وحتى الأجزاء النهائية في مختلف الصناعات. تتناول هذه المقالة الأنواع الرئيسية لتقنيات الطباعة ثلاثية الأبعاد، وكيفية عمل كل عملية، وأين يتم استخدامها على أفضل وجه. 

 

الطباعة ثلاثية الأبعاد للنماذج الأولية السريعة والاستخدام الإنتاجي

نماذج مطبوعة ثلاثية الأبعاد

متنوع أنواع الطباعة ثلاثية الأبعاد تُستخدم في المقام الأول كأدوات هندسية ضمن دورة تطوير المنتج لتحويل ملفات التصميم بمساعدة الحاسوب (CAD) إلى مكونات ملموسة. من خلال إنشاء نماذج أولية (باستخدام شكل أساسي) لتقييم الأبعاد، والتحقق من ملاءمة التجميع، والتقييم البصري للتصميم بأكمله قبل استثمار الوقت والمال في عمليات التصنيع أو الأدوات، تُمكّن الطباعة ثلاثية الأبعاد المهندسين من تطوير تصاميمهم وتحسينها في دورات سريعة. ولأنها لا تتطلب قوالب أو تجهيزات، يمكن تصنيع الأجزاء التي يتم إنشاؤها من خلال هذه العملية واختبارها في فترات زمنية قصيرة جدًا.

يختار المهندسون المناسب طرق الطباعة ثلاثية الأبعاد يعتمد ذلك على الوظائف التي يجب أن يُظهرها النموذج الأولي. في التقييمات الأولية، يكفي نموذج بسيط للتأكد من شكل وحجم الجزء. ومع تقدم التقييم إلى تقييمات أكثر تقدماً، يمكن تصميم أجزاء خصيصاً للاختبار الوظيفي. 

في هذه المرحلة، تصبح خصائص أداء المواد، مثل قدرة التحمل والخصائص الحرارية، من الاعتبارات المهمة. ونظرًا لاختلاف إمكانيات عمليات الطباعة ثلاثية الأبعاد، يختار المهندسون العملية الأنسب لإجراء الاختبارات المطلوبة.

من المرجح أن يكون تصميم النماذج الأولية هو التطبيق الأكثر شيوعًا للطباعة ثلاثية الأبعاد؛ ومع ذلك، يتم استخدامها أيضًا في بيئات الإنتاج، حيث يمكنها معالجة القيود الفريدة لتقنيات التصنيع التقليدية. 

تُعد الطباعة ثلاثية الأبعاد مثالية لإنتاج دفعات صغيرة من المنتجات ذات الميزات الداخلية أو الأشكال الهندسية المعقدة. التي يصعب أو يكلف تصنيعها باستخدام الطرق التقليدية. على سبيل المثال، تُستخدم على نطاق واسع في مجال الطيران والفضاء والطب.تُستخدم الطباعة ثلاثية الأبعاد على نطاق واسع في الصناعات لإنتاج أجزاء خفيفة الوزن ومكونات مُخصصة بتصاميم معقدة. بالإضافة إلى ذلك، في التطبيقات التي تتطلب هياكل خفيفة الوزن للغاية ومكونات مُخصصة ذات دقة عالية، كما هو الحال في مجالات الطيران والفضاء والطب، تُستخدم الطباعة ثلاثية الأبعاد بشكل شائع لتوفير مرونة في التصميم.

كما ذكرنا سابقاً، تُعدّ تقنية الطباعة المجسمة الضوئية (SLA) تقنية طباعة ثلاثية الأبعاد تعتمد على الراتنج، وتُستخدم عادةً في صناعة النماذج الأولية. تعتمد هذه التقنية على استخدام أشعة الليزر فوق البنفسجية لمعالجة الراتنج السائل طبقةً تلو الأخرى لإنتاج الأجزاء. تتميز الأجزاء الناتجة بسطح أملس وتفاصيل دقيقة، وذلك بفضل قدرة تقنية SLA على إنتاج أجزاء خالية من خطوط الطبقات المرئية. 

لذا، تُعدّ تقنية الطباعة المجسمة (SLA) مناسبةً تمامًا للتحقق من صحة التصميم المقصود وإنشاء نماذج أولية جذابة بصريًا. ومن عيوب هذه التقنية ضرورة دعم جميع الأجزاء أثناء الطباعة، إذ قد تترهل المناطق غير المدعومة بفعل الجاذبية.

 

أنواع تقنيات الطباعة ثلاثية الأبعاد

عادة ما يتم تصنيف أنواع الطباعة ثلاثية الأبعاد بشكل أساسي وفقًا لما إذا كانت المادة المصنعة بالإضافة يتم ترسيبها أو صهرها أو معالجتها أثناء التصنيع. 

عند تطوير المنتجات، لا يختار المهندسون طريقة الطباعة بناءً على حصتها السوقية، بل لأنها تتناسب مع مواصفات المنتج، بما في ذلك التفاوتات المسموح بها، وإجهادات التشغيل، والتعقيد الهندسي، وأحجام دفعات الإنتاج. فيما يلي الطرق الشائعة أنواع الطباعة ثلاثية الأبعاد.

الطباعة القائمة على بثق المواد

يُعدّ بثق المواد من أكثر أنواع الطباعة ثلاثية الأبعاد شيوعًا، فهو غير مكلف نسبيًا وسهل التشغيل. ومع ذلك، فإن عمليات بثق المواد تعاني من قيود في دقة الأبعاد، وجودة سطح المنتج، وقوة التماسك المتساوي مقارنةً بترسيب المواد القائمة على المساحيق أو الراتنجات.

نمذجة الترسيب المنصهر (FDM)

عملية الطباعة ثلاثية الأبعاد بتقنية FDM عن قرب 

عند مقارنة مقارنة بين تقنية FDM وتقنية SLAتُعدّ تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد بالترسيب المنصهر (FDM) عملية بثق للمواد البلاستيكية الحرارية. حيث تُغذّى هذه المواد باستمرار من بكرة عبر فوهة ساخنة، فتذوب وتتشكل على هيئة خرزة صلبة على طول مسار محدد مسبقًا. وتتراكم هذه الخرزات تباعًا لتكوين طبقات. 

بفضل الترابط الحراري، تلتصق كل طبقة بالطبقة التي تحتها. ومع ذلك، يوجد فرق كبير في قوة الترابط بين الطبقات المتتالية عندما تكون موازية لاتجاه تراكم الطبقات مقارنةً بالوضع العمودي عليه.

تطبيق

تُستخدم تقنية الترسيب المنصهر (FDM) بشكل شائع لإنتاج نماذج أولية للوحات عدادات السيارات، وتجهيزات التجميع، واختبارات الأداء الوظيفي منخفضة التكلفة.أجزاء g خلال المراحل المبكرة لتطوير المنتج. 

على الرغم من أن تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد بالترسيب المنصهر (FDM) ليست مصممة لاختبارات الوظائف عالية الدقة، إلا أنه يمكن استخدامها في كثير من الحالات لاختبارات الوظائف الأساسية. في الصناعة، يمكن تصنيع الأجزاء التي تتعرض لإجهاد منخفض باستخدام هذه التقنية.

المواد

تشمل بعض أكثر أنواع اللدائن الحرارية شيوعًا في تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد بالترسيب المنصهر (FDM) مواد مثل ABS وPLA وPETG والبولي كربونات، وغيرها. بالإضافة إلى ذلك، تتوفر لدائن حرارية عالية الأداء مثل PEEK وULTEM. وكما ذُكر سابقًا، يؤثر اختيار نوع اللدائن الحرارية على خصائص مثل درجة حرارة الانحراف الحراري والصلابة والاستقرار الكيميائي.

متى يُستخدم FDM

استخدم تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد بتقنية الترسيب المنصهر (FDM) عندما تكون الأولوية القصوى إما للتكلفة أو الوقت، وعندما لا يكون تحقيق دقة عالية مطلوبًا. لا تستخدم هذه التقنية إذا كان تطبيقك يتطلب تفاصيل دقيقة، أو أسطحًا ناعمة، أو خصائص ميكانيكية متجانسة.

الطباعة المقواة بالألياف المستمرة (CFRP)

يمثل البوليمر المقوى بألياف الكربون (CFRP) مستوىً متطوراً يفوق المواد التقليدية المصنعة بالبثق، حيث يتم تعزيزه بوضع الألياف بشكل متواصل في جميع أنحاء الجزء المطبوع. يوفر البوليمر المقوى بألياف الكربون خصائص ميكانيكية فائقة مقارنةً بالمواد المصنعة بالبثق غير المعززة.

طريقة عملنا

إضافةً إلى المادة البلاستيكية الحرارية الأساسية المبثوقة، يستخدم النظام الموصوف هنا أليافًا متصلة، مثل ألياف الكربون أو الزجاج، مُدمجة داخل الجزء المطبوع. وبوضع هذه الألياف على طول محاور الإجهاد الرئيسية، تزداد قوة الشد ومعامل المرونة في تلك الاتجاهات. وهذا مفيدٌ بشكل خاص للتطبيقات التي تتطلب تقوية في اتجاهات معينة.

تطبيق

يُستخدم CFRP في صناعة الطيرانتُستخدم هذه التقنية في صناعة الأقواس المعدنية والمكونات الهيكلية للسيارات التي تتطلب نسبة عالية من القوة إلى الوزن، وذلك لاستبدال بعض الأجزاء المعدنية خفيفة الوزن. 

المواد المستخدمة

تُعدّ المواد البوليمرية الهندسية الأساسية (مثل النايلون) المدمجة مع ألياف الكربون أو الألياف الزجاجية من الخيارات الشائعة. وتعتمد الخصائص الميكانيكية النهائية بشكل كبير على كل من موقع الألياف ونسبتها الحجمية.

متى يتم اختيار ألياف الكربون المقواة بالبوليمر (CFRP)؟

اختر ألياف الكربون المقواة بالبوليمر (CFRP) عندما ترغب في تحسين الخصائص الميكانيكية مقارنةً بالمواد البلاستيكية المبثوقة القياسية؛ ومع ذلك، فإن التحول إلى المعادن غير مبرر. بالإضافة إلى ذلك، فهي توفر حلولاً ممتازة للمكونات التي تتعرض لأحمال أحادية الاتجاه.

ما هو نظام ADAM (التصنيع الإضافي بالانتشار الذري)؟ 

ADAM هو نوع من أنواع التصنيع الإضافي للمعادن يقوم ببثق خيوط تحتوي على معدن ممزوجة بمادة رابطة.

نظرة عامة إلى العملية

تتمثل الخطوة الأولى في تصنيع مكون ADAM في ترسيب سلسلة من الخيوط على ركيزة تحتوي على مسحوق معدني ممزوج بمادة رابطة. بعد إتمام جميع خطوات ترسيب الخيوط، يتم إزالة المادة الرابطة وتلبيد المكون. 

أثناء عملية التلبيد، تتم إزالة المادة الرابطة، مما يسمح لجزيئات المعدن بالاندماج. ونظرًا للانكماش الحاصل أثناء التلبيد، يجب إجراء تعديلات تعويضية على جميع تصاميم CAD قبل الطباعة.

Applications

يُستخدم ADAM لإنتاج cusأدوات التشكيل المعدنية والمكونات الصناعية ذات الدفعات الصغيرة حيث تكون عمليات التصنيع باستخدام الحاسوب مكلفة أو تستغرق وقتًا طويلاً. 

مواد متوافقة

يُعد الفولاذ المقاوم للصدأ، وفولاذ الأدوات، وسبائك النيكل، والمعادن الحديدية الأخرى من بين أكثر المكونات شيوعًا في الإنتاج باستخدام تقنية ADAM. وتعتمد خصائص المعادن المنتجة بهذه التقنية على جودة التلبيد وكثافة المكون المعدني الناتج.

متى تختار آدم؟

اختر ADAM عند إنتاج المكونات المعدنية بكميات صغيرة حيث لا تكون عمليات التصنيع التقليدية باستخدام الحاسوب (CNC) هي الطريقة الأكثر كفاءة. ومع ذلك، فهو ليس خيارًا قابلاً للتطبيق للمكونات ذات التفاوتات الدقيقة، كما أنه لا يُساعد على تحقيق أسطح مصقولة للغاية دون عمليات تشغيل لاحقة.

جدول التلخيص

طريقة عملنا	المواد	قوة	الدقة	استخدام نموذجي
FDM	البلاستيكية الحرارية	متوسط	منخفض	النماذج الأولية والتجهيزات
CFR	البوليمرات المقواة بالألياف	مرتفع	متوسط	الأجزاء الهيكلية
ADAM	سبائك معدنية	مرتفع	متوسط	المكونات المعدنية

تقنيات دمج مسحوق المساحيق

تُستخدم عمليات دمج مسحوق المعادن في تصنيع الأجزاء الوظيفية. توفر هذه العملية خصائص ميكانيكية فائقة، كما تتيح إنتاج أشكال هندسية معقدة دون الحاجة إلى أدوات تقليدية.

تلبيد انتقائي بالليزر (SLS)

الطباعة ثلاثية الأبعاد بتقنية التلبيد الانتقائي بالليزر (SLS) 

SLS هي عملية PBF تستخدم مسحوق البلاستيك لإنتاج أجزاء قوية وعملية.

طريقة عملنا

تُوضع طبقة رقيقة من المسحوق على منصة الطباعة، ثم تُدمج بشكل انتقائي باستخدام الليزر. بعد إتمام كل طبقة، تُخفض منصة الطباعة. ينتج عن ذلك طبقات متراكمة من المادة، مما يُشكل المنتج النهائي. يوفر المسحوق غير المدمج دعماً هيكلياً للجزء، مما يُغني عن الحاجة إلى هياكل داعمة.

الاستخدامات

تُستخدم تقنية التلبيد الانتقائي بالليزر (SLS) على نطاق واسع في صناعة المشابك الوظيفية.- تركيب العلب، ومكونات الطائرات بدون طيار، وهياكل المنتجات الاستهلاكية المصممة حسب الطلب 

مواد متوافقة 

يُعدّ كلٌّ من PA11 وPA12 مادتين شائعتين مصنوعتين من النايلون، وهما مناسبتان لهذا النوع من التطبيقات. ويمكن إنتاج نسخ مُدعّمة من هاتين المادتين لتحسين صلابتهما.

متى يجب استخدام:

استخدم تقنية التلبيد الانتقائي بالليزر (SLS) عندما تحتاج إلى تصميم هندسي معقد ذي أداء ميكانيكي جيد عند مستويات إنتاج منخفضة. أما إذا كنت بحاجة إلى سطح أملس لتطبيقك، فإن تقنية التلبيد الانتقائي بالليزر المباشر (DMLS) ستكون خيارًا أفضل.

تلبيد المعادن بالليزر المباشر (DMLS)

طباعة DMLS 3D 

تنتج تقنية DMLS أجزاء معدنية كثيفة تمامًا عبر التلبيد الليزري المباشر.

طريقة عملنا

تستخدم أشعة الليزر عالية الطاقة لصهر مساحيق المعادن في طبقات متتالية لإنتاج أجزاء معدنية كثيفة. ونظرًا للإجهادات الحرارية المتولدة أثناء الطباعة، فإن استخدام هياكل داعمة وتبريد مُتحكم به أمر ضروري. وقد تتطلب الأجزاء المطبوعة عمليات معالجة لاحقة، مثل المعالجة الحرارية والتشكيل الآلي.

الاستخدامات

تُستخدم تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد بالليزر الانتقائي (DMLS) بشكل أساسي في مجالات الطيران والفضاء والسيارات والطب لإنتاج أجزاء عالية القوة ذات قنوات داخلية محددة و/أو مُحسّنة لتوفير الوزن.

توافق المواد

سبائك التيتانيوم، وسبائك الألومنيوم، والفولاذ المقاوم للصدأ، والسبائك الفائقة القائمة على النيكل.

متى يتم استخدام تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد بالليزر الانتقائي (DMLS)؟

استخدم تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد بالليزر الانتقائي (DMLS) عند الحاجة إلى تصميمات معدنية معقدة لا يمكن تصنيعها باستخدام طرق التشغيل التقليدية. ونظرًا لطول مدة الطباعة نسبيًا وارتفاع تكاليف التشغيل، لا يُنصح باستخدام هذه التقنية في تطبيقات الإنتاج بكميات كبيرة.

ذوبان شعاع الإلكترون (EBM)

تُعدّ تقنية صهر المعادن باستخدام شعاع الإلكترون (EBM) طريقة أخرى لصهر المعادن. وتستخدم هذه التقنية شعاع الإلكترون بدلاً من الليزر.

طريقة عملنا

في بيئة مفرغة من الهواء، يقوم شعاع الإلكترون بصهر مسحوق المعدن طبقة تلو الأخرى. تقلل هذه البيئة من الأكسدة والإجهادات المتبقية في الجزء المكتمل.

الاستخدامات

تُستخدم تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد عادةً في تطبيقات الفضاء الجوي وزراعة الأجهزة الطبية حيث يكون الحفاظ على سلامة المواد والهيكل الداخلي أمرًا بالغ الأهمية.

مواد متوافقة

سبائك الكوبالت والكروم وسبائك التيتانيوم.

متى يتم استخدام الطب المبني على البراهين؟

اختر تقنية الطباعة الإلكترونية الشعاعية (EBM) عندما تحتاج إلى تصنيع أجزاء ذات مقاطع سميكة أو عندما يكون تقليل الإجهادات أولوية. أما إذا كنت بحاجة إلى سطح أملس لأجزائك، فإن تقنية الطباعة الانتقائية بالليزر المباشر (DMLS) هي الخيار الأمثل.

ملخص

طريقة عملنا	المواد	قوة	الدقة	استخدام نموذجي
SLS	نايلون	مرتفع	متوسط	أجزاء بلاستيكية وظيفية
DMLS	المعادن	عالي جدا	مرتفع	مكونات الفضاء
EBM	المعادن	عالي جدا	متوسط	يزرع الطبية

تقنيات المعالجة الضوئية

تتمثل الميزة الأساسية لعمليات المعالجة الضوئية في أنها تُنتج أدقّ وأجود أنواع الأسطح، بالإضافة إلى أعلى جودة بصرية. تستخدم هذه العمليات راتنجًا سائلًا يتصلب عند تعرضه للضوء. تُستخدم هذه العمليات عادةً لأغراض النماذج الأولية، ولا يُنصح باستخدامها مطلقًا للأجزاء الهيكلية.

التصوير الحجمي المجسم (SLA)

الطباعة ثلاثية الأبعاد باستخدام البوليمر الضوئي بتقنية SLA 

آلية العمل

في تقنية الطباعة المجسمة الضوئية (SLA)، تُعالَج طبقات الراتنج السائل باستخدام ليزر فوق بنفسجي. تُرسَم كل طبقة على سطح الراتنج، وتُصلَّب، ثم تُضاف إلى الطبقة التالية. بعد الطباعة، يُشطف النموذج لإزالة الراتنج غير المُعالَج، ثم يُعالَج بالأشعة فوق البنفسجية لتثبيته.

الاستخدامات

تشمل تطبيقات تقنية الطباعة المجسمة الضوئية (SLA) نماذج المظهر، وصناعة النماذج للصب، والنماذج الطبية/السنية. عادةً ما تُستخدم هذه التقنية عندما تفوق متطلبات جودة/تشطيب السطح، و/أو التفاصيل، الخصائص الميكانيكية. بالإضافة إلى ذلك، قد يستخدم المهندسون تقنية الطباعة المجسمة الضوئية للتحقق من صحة التصميم قبل البدء في تصنيع الأدوات.

مواد مناسبة

صُممت راتنجات البوليمر الضوئي المستخدمة في الطباعة المجسمة لمحاكاة خصائص المواد البلاستيكية مثل ABS أو البولي بروبيلين. ورغم أن بعض الراتنجات قد صُممت لتكون أكثر صلابة، إلا أن جميع البوليمرات الضوئية تُظهر سلوكًا هشًا مقارنةً بنظيراتها في البلاستيك الهندسي.

متى يُستخدم الطباعة المجسمة الضوئية (SLA)؟

اختر تقنية الطباعة المجسمة الضوئية (SLA) إذا كنت ترغب في الحصول على سطح أملس مع تفاصيل دقيقة. تجنب هذه التقنية إذا كان المنتج النهائي سيتعرض لأحمال ميكانيكية أو حرارة.

معالجة الضوء الرقمي (DLP)

عملية الطباعة ثلاثية الأبعاد DLP 

Alt: تُظهر الصورة عملية الطباعة ثلاثية الأبعاد بتقنية DLP (معالجة الضوء الرقمي) حيث تقوم طابعة ثلاثية الأبعاد ببناء جسم مفصل طبقة تلو الأخرى. 

آلية العمل

في تقنية المعالجة الضوئية الرقمية (DLP)، تُعالَج طبقة كاملة من الراتنج السائل في آنٍ واحد باستخدام جهاز عرض. وعلى عكس تقنية الطباعة المجسمة الضوئية (SLA)، حيث يرسم الليزر مقاطع عرضية منفصلة من طبقة الراتنج، تستخدم تقنية DLP ومضة واحدة لتعريض طبقة الراتنج بأكملها. وبذلك، توفر المعالجة الضوئية الرقمية كفاءةً محسّنة، وهي مفيدة بشكل خاص لتصنيع أجزاء متعددة في وقت واحد.

الاستخدامات

تم تطبيق تقنية المعالجة الضوئية الرقمية (DLP) بنجاح في تصنيع نماذج الأسنان، والأقواس الصغيرة، ونماذج المجوهرات. بالإضافة إلى ذلك، تُستخدم هذه التقنية في الإنتاج الكمي للأجزاء الصغيرة والدقيقة.

مواد مناسبة

على الرغم من وجود أنواع عديدة من الراتنجات المتاحة لكليهما اتفاقية مستوى الخدمة ومنع فقدان البيانات، وهي تنتمي إلى نفس عائلة راتنجات البوليمر الضوئي. ومن بين الخيارات المتاحة الراتنجات الصلبة والمرنة والقابلة للصب؛ ومع ذلك، كما هو الحال مع الطباعة المجسمة، تظل القوة الميكانيكية منخفضة نسبيًا.

متى يُستخدم DLP

اختر تقنية معالجة الضوء الرقمي (DLP) إذا كان الوقت أكثر أهمية من دقة السطح. تُعدّ تقنية DLP مناسبة تمامًا للأجزاء الصغيرة التي تتطلب تفاصيل عالية الدقة.

ملخص

طريقة عملنا	المواد	قوة	الدقة	استخدام نموذجي
جيش تحرير السودان	الراتنج	منخفض-متوسط	مرتفع	النماذج الأولية المرئية
DLP	الراتنج	منخفض-متوسط	مرتفع	أجزاء صغيرة مفصلة
بولي جيت	متعدد الراتنج	منخفض	عالي جدا	نماذج المفاهيم والتصميم

عمليات متقدمة تعتمد على المساحيق

تُمكّن هذه العمليات الشركات من الانتقال من تطوير النماذج الأولية إلى تطبيقات التصنيع العملية. ويمكن أن تكون هذه العملية مفيدة للإنتاج بكميات كبيرة، كما أنها توفر نتائج أفضل للأجزاء الوظيفية مقارنةً بالطباعة الراتنجية.

الاندماج متعدد النفاثات (MJF)

جزء من البولياميد مطبوع بتقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد من MJF 

طريقة عملنا

تستخدم عملية الدمج متعددة النفاثات طبقات من مسحوق النايلون تُنشر طبقة تلو الأخرى. تحتوي كل طبقة على رأس طباعة يقوم بتطبيق مواد الدمج على المنطقة المطلوبة، ثم يدمج المسحوق حراريًا. تتم معالجة جميع الطبقات بمعدل موحد، مما يساعد على تحقيق تجانس في جميع أنحاء القطعة.

الاستخدامات

أجزاء وظيفية للاستخدام النهائي مثل الهياكل والمشابك والموصلات. تُستخدم في الإنتاج بكميات متوسطة للمكونات التي تتطلب جودة متسقة في تصميمها.

المواد

يُستخدم النايلون PA12، والبولي يوريثين الحراري (TPU)، والبولي بروبيلين في بعض الأنظمة. تتميز هذه المواد بقوة جيدة ومقاومة للتآكل، وهي خصائص ضرورية للأجزاء المستخدمة فعلياً.

متى يجب استخدام

استخدم عملية الانصهار متعددة النفاثات إذا كانت شركتك تتطلب أجزاء بلاستيكية ذات جودة إنتاجية مصنعة باستمرار، ولكنها تحتاجها أيضًا بشكل أسرع من عملية SLS.

نفث الموثق

طريقة عملنا

تتيح عملية الطباعة النفاثة للمادة الرابطة تطبيق مادة رابطة سائلة على مادة مسحوقة طبقة تلو الأخرى. بعد الطباعة، يكون الجزء ضعيفًا للغاية ويحتاج إلى معالجة إضافية، مثل التلبيد أو التصلب، لاكتساب قوته الكاملة.

الاستخدامات

تُستخدم تقنية نفث الرابط في صب القوالب، والأجزاء المعدنية، والإنتاج بكميات كبيرة، لإنتاج أشكال معقدة بتكلفة أقل من الطرق الأخرى.

المواد

المعادن، الرمل، السيراميك. تعتمد خصائص المنتج النهائي بشكل كبير على تقنيات المعالجة اللاحقة.

متى يجب استخدام

استخدم تقنية نفث الرابط عندما تكون التكلفة المنخفضة لكل وحدة والكميات الكبيرة من الدفعات أكثر أهمية من متطلبات القوة و/أو التسامح.

ملخص

طريقة عملنا	المواد	قوة	الدقة	استخدام نموذجي
MJF	نايلون ، TPU	مرتفع	مرتفع	أجزاء الإنتاج الوظيفية
بيندر النفث	معدن، رمل	متوسط	متوسط	أجزاء الصب والدفعة

 

ما يجب مراعاته عند اختيار نوع تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد

يختار المهندسون طريقة الطباعة ثلاثية الأبعاد المناسبة من خلال مقارنة متطلبات القطعة مع إمكانيات وقيود كل عملية. على سبيل المثال، طباعة معدنية ثلاثية الأبعاد يُختار هذا الأسلوب عندما يتطلب الجزء قوة عالية، أو مقاومة للحرارة، أو خصائص داخلية معقدة. قد يؤدي اختيار العملية الخاطئة إلى تشوه القطعة، أو عدم ملاءمتها، أو ضعف قوتها، أو الحاجة إلى أعمال تشطيب إضافية.

لتحديد العملية الأنسب، يقوم المهندسون بتقييم هذه العوامل الرئيسية الأربعة:

وظيفة الجزء وظروف التحميل

هل سيؤدي الجزء دوراً وظيفياً؟ أم أنه سيعرض شكله المقصود فقط؟
تحدث العديد من حالات فشل المكونات المطبوعة ثلاثية الأبعاد عندما يتم اختيار عملية ما لأسباب جمالية فقط بدلاً من الأداء.

تتطلب المكونات الهيكلية عادةً استخدام عمليات مثل التلبيد الانتقائي بالليزر (SLS) أو نفث المواد (MJF) أو الطباعة المعدنية. ورغم أن المكونات غير الحاملة للأحمال المطبوعة بتقنية الترسيب المنصهر (FDM) والراتنج قد تكون مناسبة لبعض التطبيقات، إلا أنها لا تؤدي أداءً جيدًا تحت الضغط أو التعرض المطول.

بالنسبة لمكونات التجميع التي تتضمن الحركة (مثل المفصلات والمحاور وما إلى ذلك) أو الآليات الأخرى التي يجب أن تتناسب فيها الأجزاء معًا بشكل صحيح، يمكن أن يحد اتجاه الطبقة من التجميع الناجح باستخدام نمذجة الترسيب المنصهر (FDM) والتصوير المجسم (SLA).

اختيار المواد وسلوك الأجزاء

على الرغم من أن اختيار المواد متشابه في مختلف عمليات الطباعة ثلاثية الأبعاد، إلا أن المواد المطبوعة تظهر خصائص ميكانيكية وفيزيائية متفاوتة بسبب العملية المحددة. فعلى سبيل المثال، على الرغم من أن مساحيق النايلون المختلفة قد تبدو متطابقة، إلا أن خصائصها الميكانيكية تختلف اختلافًا كبيرًا اعتمادًا على عملية الإنتاج، أي، التلبيد الانتقائي بالليزر مقابل التلبيد بالنفث المغناطيسي مقابل التشكيل بالحقن.

تُوفر الأجزاء المطبوعة المصنوعة من البوليمرات الضوئية بتقنيتي الطباعة المجسمة الضوئية (SLA) ومعالجة الضوء الرقمي (DLP) أسطحًا جذابة، إلا أنها تتميز بمقاومة محدودة للصدمات. وتُعتبر عمومًا هشة وعرضة للتشقق في ظروف الاستخدام العادية.

توفر العمليات القائمة على المساحيق باستخدام النايلون (مثل SLS/MJF) مرونة متزايدة أثناء الانحناء والتآكل؛ ومع ذلك، تتضاءل هذه الفوائد مع زيادة الحمل و/أو مدة التعرض. تتميز الأجزاء المطبوعة المصنوعة من المعادن بخصائص ميكانيكية قوية؛ ومع ذلك، يمكن أن تؤثر عمليات المعالجة اللاحقة (المعالجة الحرارية، والتشغيل الآلي، وما إلى ذلك) بشكل كبير على الخصائص الميكانيكية النهائية.

مشاكل التفاوت والملاءمة

تُعدّ مشاكل التوافق التحدي الأكثر شيوعًا في إنتاج أجزاء مطبوعة ثلاثية الأبعاد وظيفية. ويشمل ذلك الثقوب ذات الأحجام الصغيرة، والأسطح غير المتطابقة التي تتطلب تعديلات يدوية قبل التجميع الناجح، وما إلى ذلك.

تتطلب التجميعات التي تتكون من عناصر صغيرة وتفاوتات دقيقة تقنيات طباعة عالية الدقة. وتُعدّ تقنيتا الطباعة المجسمة الضوئية (SLA) وتقنية PolyJet من بين أكثر العمليات دقةً المتاحة اليوم لإنتاج التجميعات الوظيفية.

يمكن أن يؤثر سمك الطبقة وجودة الطباعة على دقة الأبعاد في نمذجة الترسيب المنصهر (FDM). غالبًا ما تتطلب الأجزاء المصنعة بتقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد للمعادن عمليات تشغيل لاحقة للطباعة إذا كانت هناك أسطح تلامس أو تفاوتات دقيقة في التصميم الهندسي.

المظهر الخارجي والتشطيب السطحي

في حين أن تشطيب السطح يمثل في المقام الأول اهتماماً جمالياً، إلا أنه يؤثر أيضاً على قابلية الإحكام، وسلوك الاحتكاك، ومتطلبات المعالجة اللاحقة. تُنتج الأسطح الملساء على الأجزاء المطبوعة المصنوعة من البوليمرات الضوئية باستخدام تقنيتي الطباعة المجسمة الضوئية (SLA) ومعالجة الضوء الرقمية (DLP)؛ إلا أن هذه الأجزاء غالباً ما تحتوي على آثار دعامات متبقية يجب إزالتها. وتظهر جميع الأجزاء المطبوعة بتقنية الترسيب المنصهر (FDM) خطوط طبقات مرئية، خاصةً في المناطق المنحنية.

تُظهر الأجزاء المطبوعة بتقنية التلبيد الانتقائي بالليزر (SLS) وتقنية الاندماج متعدد النفاثات (MJF) نسيجًا سطحيًا حبيبيًا ناتجًا عن توزيع حجم جزيئات المسحوق المستخدم أثناء التصنيع الإضافي. تتطلب معظم الأجزاء المطبوعة المصنوعة من المعادن عمليات تشغيل لاحقة للطباعة أو عمليات صنفرة كاشطة لتحقيق التشطيب السطحي المطلوب إذا كانت الجوانب الجمالية مهمة.

الكمية والتكلفة لكل قطعة

تتغير التكاليف بشكل كبير تبعاً لعدد الأجزاء التي يتم تصنيعها. قد تصبح عملية رخيصة لجزء واحد مكلفة عند إنتاج كميات كبيرة. تُعدّ تقنيتا FDM وSLA مناسبتين للنماذج الأولية الفريدة أو للتحقق من التصميم. أما تقنيتا SLS وMJF فتصبحان أكثر كفاءة عند دمج عدة أجزاء في عملية طباعة واحدة. وتُعتبر الطباعة المعدنية مكلفة لكل جزء، لذا لا تُستخدم إلا عندما يكون التصميم الهندسي مُبرراً لذلك.

كم تكلفة الطابعة ثلاثية الأبعاد؟

تختلف تكلفة طابعات ثلاثية الأبعاد باختلاف نوع الجهاز وكيفية استخدامه. بعض الطرازات الرخيصة تُنتج أجسامًا بسيطة، ويتراوح سعرها عادةً بين 500 و5,000 دولار أمريكي. أما الآلات الصناعية فهي أغلى بكثير، وتُستخدم لتصنيع أجزاء المنتجات النهائية.

طابعات FDM الأساسية

صُممت هذه الآلات لإنتاج أشكال أساسية للغاية كنماذج أولية منخفضة التكلفة للتصاميم المفاهيمية. ولذلك، يمكن الحصول عليها بأقل من 1,000 دولار. مع ذلك، لا تستطيع هذه الآلات إنتاج أجزاء متينة أو أجزاء تتطلب دقة عالية في التفاصيل.

طابعات FDM الصناعية

بناء الجدران بتقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد 

توجد هذه الآلات في أنواع مختلفة من المنشآت الصناعية، بما في ذلك أرضيات المصانع. وتختلف تكلفة النموذج الصناعي اختلافاً كبيراً تبعاً للجودة المطلوبة. تتراوح أسعار الآلات الصناعية عموماً بين حوالي 10,000 دولار أمريكي ومئات الآلاف من الدولارات. وبشكل عام، تُنتج آلات الطباعة ثلاثية الأبعاد الصناعية بتقنية الترسيب المنصهر (FDM) مطبوعات أقوى وأكثر موثوقية من نظيراتها المكتبية.

طابعات الراتنج SLA/DLP

تُعدّ هذه الآلات الأنسب لإنشاء نماذج ذات أسطح دقيقة التفاصيل للغاية. وتختلف أسعار هذه الآلات اختلافاً كبيراً. تختلف الأسعار باختلاف نوع النموذج، سواءً كان للاستخدام الشخصي أو التجاري، وتتراوح بين بضعة آلاف من الدولارات ومئات الآلاف. وعادةً لا تتحمل النماذج المصنوعة من الراتنج الإجهاد أو الضغط البدني.

آلات التلبيد الانتقائي بالليزر (SLS)

عند مقارنة SLA مقابل FDM, أنظمة الطباعة الانتقائية بالليزر (SLS) هي آلات صناعية ضخمة مصممة خصيصاً لإنتاج أجزاء من النايلون الصلب. ونظراً لتعقيد عملية تصنيعها، فإن أسعار هذه الآلات تتفاوت بشكل كبير. قد تتجاوز تكلفتها 100,000 ألف دولار. هذه الآلات هي الأنسب لتصنيع الأجزاء الوظيفية والكميات الصغيرة.

طابعات MJF ثلاثية الأبعاد

تعمل طابعات MJF بنفس طريقة عمل طابعات SLS، ولذلك تُصنف أيضاً ضمن الطابعات الصناعية. أما من حيث السعر، فهي قريبة نسبياً من طابعات SLS ولكنها أقل تكلفة قليلاً. تقوم كل من آلات MJF و SLS بطباعة أجزاء متعددة في وقت واحد وتنتج أجزاء ذات خصائص متطابقة (أي خصائص المواد).

طابعات ثلاثية الأبعاد معدنية (DMLS/EBM)

تُعدّ الطباعة ثلاثية الأبعاد للمعادن من أكبر الاستثمارات الممكنة نظراً لتصميمها ووظائفها المتطورة للغاية. وقد تتراوح تكلفة الوحدة المعدنية الواحدة بين 500 ألف دولار ومليون دولار. تُستخدم الطباعة ثلاثية الأبعاد للمعادن بشكل أساسي في التطبيقات التي تشمل الفضاء الجوي والطب و/أو الهندسة عالية الأداء.

تكاليف اضافية

بالإضافة إلى تكلفة طابعة ثلاثية الأبعاد جديدة، هناك نفقات أخرى مرتبطة باستخدام الجهاز، بما في ذلك المواد الخام والصيانة والتشطيب بعد الطباعة. عند استخدام طابعة ثلاثية الأبعاد صناعية، أفاد بعض المصنعين أن عمليات التشطيب تمثل نسبة أعلى من التكلفة الإجمالية مقارنة بالطباعة ثلاثية الأبعاد الأولية. ومع ذلك، فإن التطورات الحديثة، مثل التصنيع الهجين (الطباعة ثلاثية الأبعاد مع التصنيع باستخدام الحاسب الآلي) والطباعة متعددة المواد، تعمل على تحسين الدقة، والتشطيب السطحي، وكفاءة الإنتاج.

برولين تك: خدمات طباعة ثلاثية الأبعاد مخصصة من النماذج الأولية إلى مشاريع الإنتاج على نطاق واسع

تُعدّ الطباعة ثلاثية الأبعاد وسيلة عملية لتحويل التصاميم الهندسية إلى أجزاء حقيقية لأغراض الاختبار والإنتاج. وتُستخدم طرق مختلفة، مثل الطباعة بالترسيب المنصهر (FDM)، والطباعة المجسمة الضوئية (SLA)، والطباعة الانتقائية بالليزر (SLS)، والطباعة النفاثة المغناطيسية (MJF)، والطباعة المعدنية، وذلك بناءً على قوة الجزء وتفاصيله ومتطلبات المواد.

لكل عملية استخداماتها الخاصة. تُستخدم تقنيتا FDM وSLA عادةً لإنتاج نماذج أولية سريعة، بينما تُعدّ تقنيات SLS وMJF والطباعة المعدنية أفضل لإنتاج أجزاء قوية وعملية. يساعد اختيار الطريقة المناسبة على تجنب مشاكل التوافق والمتانة وجودة السطح.

في برولين تك، نقدم خدمات موثوقة خدمات الطباعة ثلاثية الأبعاد لإنتاج نماذج أولية مخصصة وقطع غيار للاستخدام النهائي. يختار فريقنا أنسب العمليات والمواد بناءً على متطلبات التصميم الخاصة بك لتقديم مكونات دقيقة وجاهزة للإنتاج.