Tutorial Category: طباعة ثلاثية الابعاد

مقدمة

تتعدد الأفكار و الحلول التي تقدمها التقنيات لمواجهة المشكلات فقد ساعدتنا الطابعات ثلاثية الأبعاد  في تصميم عدة نماذج أولية لحلول إبداعية لتحديات جائحة كورونا، في هذا الدرس سنتعلم كيف يمكن طباعة أداة للمساعدة في فتح الباب، والضغط على الأزرار، للحد من انتشار الفيروسات و الجراثيم.

المقدمة

تعد معدات الوقاية الشخصية الطبية من أبرز الوسائل التي تستعمل لمنع انتقال العدوى لمقدمي الرعاية الصحية

سنتعرف في هذا الدرس على واقي الوجه.

الأدوات

طابعة ثلاثية الأبعاد

خيوط فلمنت   Filament

PET plastic sheet

 

قاطع ليزر أو مقص يدوي

 

قناع حماية الوجه

هو عبارة عن قناع بلاستيكي يستخدم لحماية الوجه والعينين للوقاية من احتمالات تعرض مقدمي الرعاية الصحية لرذاذ الدم أو سوائل الجسم المتطايرة من المريض.

  بدأ فريق من الصناع  بإنتاج النموذج الأولي لقناع حماية الوجه بالتعاون مع وزارة الصحة في تشيك، حيث قاموا بفحص عدة نماذج أولية وارسال العينات إلى المستشفى لإجراء الاختبارات الميدانية والتحقق منها.

أجزاء القناع

توضح الصورة التالية الأجزاء الرئيسية لقناع حماية الوجه

تصميم قناع حماية الوجه

بدأ فريق من المصنعين تصميم النموذج الأول (RC1) ثم تم تطويره للنموذج الثاني (RC2)، ويعد النموذجان ملائمين للاستخدام في قناع حماية الوجه. إلا أن التصميم الثاني يوفر حماية أفضل ويمنح راحة أكثر عند الإرتداء.

التجميع

تجهيز اللوح الشفاف-في حال عدم توفر قاطع ليزر- :

• اثني الجانب الأطول من اللوح البلاستيكي بلطف إلى النصف.
• ضع علامة على مركز اللوح الشفاف باستخدام المحدد

• طابق النقطة التي تم تحديدها في الخطوة السابقة مع منتصف عقال الرأس
• ضع علامات عند النتوءات البارزة من عقال الرأس على اللوح البلاستيكي باستخدام المحدد، ليتم تحديد المسافات الفاصلة بين ثقوب النتوءات على اللوح – يفضل أن تكون المسافة المحددة على اللوح أكبر قليلا من المسافة الفعلية على عقال الرأس-

• استخدم مثقاب الورق لثقب اللوح البلاستيكي

تجميع الجزء العلوي لعقال الرأس:

• ثبت اللوح البلاستيكي على عقال الرأس كما هو موضح بالصور التالية

تجميع الجزء السفلي لقناع الوجه:

• ثبت الجزء السفلي لقناع الوجه باستخدام الغراء

الاحتياطات المتبعة للتعقيم:

1. لا تترك الجزء المطبوع لساعات طويلة على سطح الطابعة لتجنب تلوث الجزء المطبوع.
2. تقيد بإرتداء قفازات جديدة والكمامة الطبية قبل إزالة المطبوعات ثم ضعها مباشرة في كيس قابل للإغلاق.
3.  لا تزل غلاف اللوح الشفاف قبل قصه بالليزر أو المقص للحد من احتمال حدوث أي تلوث.
4. تقيد بإرتداء القفازات والكمامة الطبية عند تصنيع اللوح البلاستيكي  باستخدام قاطع الليزر او المقص، وتقيد بإرتداء قفازات جديده لكل لوح تقوم بإنتاجه.
5.  احفظ الأجزاء على الفور في كيس قابل للاغلاق.
6. وضح لمن تقوم بالطباعة لهم ، عن بيئة التصنيع لديك
7. اترك واقيات الوجه بالتخزين لمدة 2-3 أيام قبل توزيعها، معظم المصادرتوضح أن مدة بقاء الفيروس على البلاستيك 2-3 أيام
8. لا تقم بتخزين الكمية بالكامل في مكان واحد.

ملاحظة: يتم تسخين البلاستيك إلى درجة حرارة عالية أثناء الطباعة يتنج عن هذا تعقم الجزء المطبوع

من هنا يمكنك الاطلاع على مصدر الدرس

المقدمة :

سنقوم في هذا الدرس بشرح الخطوات اللازمة لإعداد طابعة  Prusa i3 . من خلال معرفة كيفية تثبيت البرنامج الخاص بالطابعة وعناصر التحكم ومعايرة المنصة.

أجزاء الطابعة  Prusa i3 :

توضح الصورة التالية أجزاء الطابعة A8 Prusa .

قبل أن نبدأ باستخدام الطابعة  Prusa i3  نحن بحاجة إلى تثبيت البرنامج لمعايرة الجهاز. البرنامج المستخدم في  prusa i3 هو Cura14.07 . هذه الحزمة من البرمجيات تقوم بتهيأة النموذج ثلاثي الأبعاد الخاص بك إلى التعليمات التي تستخدم من قبل الطابعة  Prusa i3  لإنتاج الكائن.

تنزيل وتثبيت برنامج Cura14.07  :

يمكنك تنزيل البرنامج عن طريق SD Card  الخاصة بالطابعة أو من خلال الانترنت. سنقوم بتحميل البرنامج من خلال الموقع التالي :

https://ultimaker.com/en/products/cura-software/list

قم بتنزيل الإصدار 14.07 المناسب لنظام التشغيل الخاص بك :

قم بفتح التنزيل وإتبع الخطوات التالية لتثبيت البرنامج :

 

 

 

 

 

عند بدء تشغيل Cura  للمرة الأولى. تأكد من إتباع الخطوات التالية لتعديل الإعدادات الخاصة بك :

عناصر تحكم الطابعة :

هناك طريقتان للتحكم في الطابعة. يمكنك اسخدام لوحة LCD  المدمجة مع الطابعة أو يمكنك توصيل الكمبيوتر باستخدام  USB  كيبل .

شاشة عرض الكريستال السائل (LCD) :

عند تشغيل الطابعة، الشيء الرئيسي الذي ستلاحظه هو أن الشاشة تضيء. الشاشة الرئيسية هي شاشة المعلومات التي تعرض أهم التفاصيل مثل، درجة حرارة الفوهة، ودرجة حرارة المنصة الساخنة (1،4) ، والموقع الفعلي لمحور Z (2) . يتم عرض الشاشة الرئيسية مباشرة كما هو مبين في الصورة أدناه.

1.درجة حرارة الفوهة (درجة حرارة الفوهة / درجة الحرارة المستهدفة ):
درجة الحرارة الأولى 21.1 درجة تظهر درجة الحرارة الحالية للفوهة، ودرجة الحرارة الثانية 0 هي درجة الحرارة المستهدفة . على سبيل المثال عندما يتم التسخين يصبح الهدف 021.1/192 .
2.موقع المحور Z
3. معدل التغذية : هذه هي سرعة الطباعة للجهاز الخاص بك، من المستحسن أن تترك هذه القيمة على 100% ، وخصوصا عندما لا تكون ذو خبرة .
4. درجة حرارة منصة البناء/ درجة الحرارة المستهدفة : درجة الحرارة الأولى درجة تظهر درجة حرارة المنصة الحالية، ودرجة الحرارة 0 درجة هي درجة الحرارة المستهدفة . فعلى سبيل المثال عندما يتم التسخين يصبح الهدف 20/50 درجة .
5. تعليمات ذاكرة التخزين المؤقت.
6. معدل البثق الحالي.
7. شريط الحالة (Prusa i3 ready / Heating / gcode)
8 . لوحة المفاتيح : يمكنك التنقل عبر الشاشة باستخدام لوحة الفاتيح.

القائمة الرئيسية :

عند الضغط على مفتاح القائمة سيتم الانتقال إلى القائمة الرئيسية للتحكم كما هو موضح بالصورة أدناه. يشير المربع بجانب الوظائف إلى ما تم تحديده.

تظهر الصورة التالية الواجهة الكاملة للقائمة الرئيسية :

عن طريق Quick Settings   سوف تنتقل إلى القائمة الفرعية التالية حيث يمكنك العثور على مجموعة متنوعة من الاعدادات التي يمكن استخدامها لإعداد الطابعة.

تظهر الصورة التالية الواجهة الكاملة للقائمة الفرعية لـ Quick Settings:

Home All : يقوم هذا الأمر بنقل رأس الطابعة إلى الموقع الرئيسي. الموقع الرئيسي يقع في الجهة اليسرى .
تسخين Preheat PLA)PLA): من خلال هذا الأمر ستقوم بتسخين الطباعة (البثق/الفوهة ،المنصة) PLA الخاص بك، وسوف تصل الحرارى إلى 192 درجة مئوية .
تسخين  Preheat ABS) ABS): من خلال هذا الأمر ستقوم بتسخين الطابعة (البثق/الفوهة، المنصة) عند استخدام ABS الخاص بك.
تخفيض درجة الحرارة(Cooldown)  : معCooldown  تنخفض درجة الحرارة إلى درجة حرارة الغرفة.
(Set origin) :من خلال هذا الأمر سيجعل الموقع الحالي 0،0،0 (الموقع الرئيسي) .
تعطيل المحرك الخطوي (Disable steppers) : من خلال هذا الأمر سوف يتم تعطيل المحرك الخطوي ، وهذا سيسمح لك لتحريك رأس الطابعة و الطباعة دون مقاومة المحرك.

طباعة الملفات المرفوعة على SD Card :

لبدء عملية الطباعة، سيتم رفع الملفات إلى  SD Card . وعند الدخول إلى print file ستظهر جميع الملفات المرفوعة.

تعيين مواضع المحاور :

نقل المحور (Move Axis) : من خلال هذا سوف تفتح قائمة فرعية أخرى والتي تسمح لك لنقل المحور الخاص بك حولها. يمكنك نقل المحركات X,Y و Z و E (للبثق) .

يتم التحكم بجميع الحركة من خلال المفاتيح لأعلى وأسفل. مثال، قم بإختيار X Pos. Fast ثم قم بالتحكم بمحور X عن طريق المفتاح العلوي والسفلي.

التحكم بسرعة مروحة التبريد :

استخدام المفاتيح لأعلى وأسفل للتحكم بسرعة مروحة التبريد.

التحكم بإيقاف و تشغيل الطابعة أثناء الطباعة :

عند الدخول إلى SD Card  أثناء الطباعة ستظهر لك الشاشة التالية :

يمكن إيقاف الطباعة مؤقتا أثناء الطباعة عن طريق الدخول إلى pause print، ثم الضغط على Stop Print  وبذلك سيتم إيقاف الطابعة في بضع ثواني. وإذا كنت ترغب في متابعة الطباعة، قم بالضغط على SD card-> Continue print

دفع وسحب الخيوط من البثق

تعيين وضع التسخين :

عند إدراج/إدخال الخيوط إلى الطابعة يجب أن يتم تسخين الفوهة و المنصة :

تحتاج إلى تسخين الفوهة قبل إدخال الخيوط (والمنصة أيضا إذا كنت ترغب في الطباعة على الفور). درجة الحرارة تعتمد على المواد المستخدمة. يتم وصف المعلومات حول درجات حرارة الفوهة و المنصة حسب المواد المستخدمة في الدرس هنـا.

سنقوم بإستخدام خيوط PLA، لذلك سنقوم بتتبع الخطوات الموضحة بالصورة أدناه ليتم تسخين الطابعة حسب نوع المادة المستخدمة.

تنبيه : الرجاء اختيار  Preheat ABS إذا كنت ترغب في استخدام خيوط ABD في الطباعة .

إدخال الخيوط :

يتم وضع الخيط إلى الطابعة فقط عندما تصل درجة حرارة الطارد 190 درجة مئوية (في حالة استخدام PLA على سبيل المثال )

قم بتتبع الخطوات التالية ليتم إدخال الخيوط إلى الطابعة :

1. يجب التأكد من مواصفات ونوع الخيط المستخدم  :

تنبيه : يتم استخدام خيط 1.75mm لطابعة A8 prusa .

2. إدخال الخيوط فقط عندما تصل درجة الحرارة إلى 190 درجة مئوية .

3. قم بإدخال الخيط، ثم الضغط على مسمار الخاص بالطارد. وفي الوقت نفسه، قم بإدراج الخيوط في الطارد بسرعة حتى يتم خروج الخيط المنصهر من الفوهة.

سحب الخيوط من الطابعة

عند تغيير الخيوط أو عدم إستخدام الطابعة على مدى طويل أن بحاجة إلى سحب الخيوط من الطابعة :

يرجى التأكد من تسخين الطارد إلى 190 درجة مئوية. لا تقم بسحب الخيط قبل 190 درجة، من الممكن أن يؤدي هذا إلى ضرر لا يمكن اصلاحه.

قم بتسخين الـطارد إلى 190 درجة مئوية. بعد ذلك قم بالضغط على مسمار الطارد ثم بسحب الخيط بسرعة متوسطة.

بالنسبة لكثير من طابعات FDM ، بما في ذلك prusa ، يجب أن تكون منصة البناء مستوية للطباعة بشكل صحيح. إذا لم تتماسك الخيوط على منصة البناء في بداية الطباعة، فمن المحتمل أن المنصة ليست مستوية .

معايرة منصة البناء :

قبل عملية تسوية منصة الطباعة قم بتتبع الخطوات التالية:

اولا، يجب التأكد أن ارتفاع كلا محاورZ  على هو نفسه.

ثم قم بضبط ارتفاع مفتاح نهاية المحور Z كما هو موضح بالصورة أعلاه .

يقوم هذا الأمر بنقل رأس الطابعة إلى الموقع الرئيسي. الموقع الرئيسي يقع في الجهة اليسرى .

من خلال هذا الأمر سوف يتم تعطيل المحرك الخطوي ، وهذا سيسمح لك لتحريك رأس الطابعة و الطباعة دون مقاومة المحرك.

قم بتحريك الفوهة فوق المنصة، وتحقق من المسافة بين الفوهة والمنصة. يجب أن تكون المسافة بين المنصة والفوهة مقدار ورقة A4.

المقدمة :

خلال هذا الدرس، سنقوم بالتعرف على برنامج tinkercad وكيفية استخدامه لإنشاء النماذج. وتعلم كيفية تهيئة النموذج للطباعة .

 سنبدأ بالنمذجة ثلاثية الأبعاد باستخدام تطبيق Tinkercad على شبكة الانترنت   . هو برنامج مجاني وسهل التعليم والاستخدام. وهو نقطة دخول جيدة للمبتدئين. وهو أسهل برامج التصميم، حيث يتيح لك البرنامج النمذجة ثلاثية الأبعاد لإنشاء أشكال هندسية ثلاثية الأبعاد وحفظها ومشاركتها عبر الإنترنت وتصديرها إلى ملفات STL  .

للوصول إلى Tinkercad، قم بزيارة الرابط هنا، يحتاج المستخدمون الجدد لزيارة الموقع والتسجيل للحصول على حساب خاص بهم.

واجهة البرنامج :

من خلال إنشاء مشروع جديد، سيتم عرض واجهة بسيطة مع قائمة من الأدوات في الشريط العلوي، حيث يحتوي شريط الأدوات في الركن العلوي الأيسر على عدد من العمليات مثل التراجع والإعادة، والضبط، والنسخ، والحذف. كما تحتوي الواجهة على نوافذ تحتوي على الأشكال الهندسية على يمين الواجهة، وتحتوي على سطح كالشبكة يعرف بمنطقة العمل، والتي تمثل واجهة لوضع الأشكال الهندسية وبناء النماذج عليها.

ومنطقة العمل هي عنصر ثابت وشائع في معظم برامج CAD وهي واحدة من الميزات المشتركة من قبل جميع تطبيقات البرمجيات للنمذجة ثلاثية الأبعاد. لبناء تصميم ثلاثي الأبعاد، تحتوي القائمة على يمين الواجهة على أشكال مختلفة، يتم سحبها واسقاطها إلى منطقة العمل لبناء الأشكال الهندسة من أجل بناء الأجسام الأكثر تعقيدا.

كما تحتوي الواجهة على قائمة عامودية في الركن العلوي الأيسر، تحتوي القائمة على رمز مكعب يتم استخدامه للتنقل إلى مواقع مختلفة في منطقة العمل، ورمز الصفحة الرئيسية والذي يؤدي النقر عليه إلى تعيين العرض بالكامل على الشاشة، كما تحتوي على رموز خاصة بتكبير وتصغير منطقة العمل .

يمكن أيضا التنقل على منطقة العمل في tinkercad  باستخدام الماوس، يتيح لك زر الماوس الأوسط (عجلة التمرير) التكبير أو التصغير، ويتيح لك النقر على الزر الأيمن إمكانية تدوير مساحة العمل .

تصميم النموذج  :

قم بإستخدام نافذة الأشكال على الجانب الأيسر، سنقوم بسحب المكعب وإسقاطه من القائمة إلى منطقة العمل. بمجرد وضع المكعب على منطقة العمل، يمكنك أن ترى عددا من الأسهم والنقاط حول المكعب (إذا لم يظهر ذلك قم بالنقر على المكعب ).

تغيير الأحجام والأشكال

افتراضيا، ارتفاع المكعب هو 20 ملليمتر، لهذا الدرس، سنقوم بإنشاء المكعب بإرتفاع 3 ملليمتر . قم بالنقر على المربع الأبيض الصغير على السطح العلوي للمكعب وسحبه إلى 3 ملليمتر.

سنقوم بإنشاء مستطيل بطول 35 ملليمتر، سنقوم بالضغط على أحد النقاط السوداء الصغيرة على جانبي الكعب الأحمر. يؤدي سحب هذه النقاط ودفعها إلى تغيير حجم الكائن.

إضافة، ودوران، وتجميع العناصر

بعد ذلك، سنضيف بعض النهايات الدائرية إلى هذا المكعب. ولذلك، فإننا سوف نقوم بسحب وإسقاط شكل مستدير على منطقة العمل، كما هو مبين بالصورة :

سنقوم بتدوير الشكل المستدير وتحويله إلى 90 درجة. وبما ان الشكل المستدير لا يزال لا يشير إلى الإتجاه الصحيح، نحن بحاجة إلى تدويرها مرة أخرى 90 درجة على محور آخر .

سترى جزءا من السطح السفلي للشكل المستدير أسفل منطقة العمل. من أجل ربط الشكل  المستدير مع المكعب ، نحن بحاجة إلى سحبه إلى أعلى على منطقة العمل. انقر إلى رمز المخروط فوق سطح الشكل المستدير ثم قم بسحب الشكل لأعلى حتى يصبح سطحها السفلي على منطقة العمل ( إلى ان تصبح القيمة 0 ملليمتر).

الشكل المستدير لا يزال مرتفعا جدا. كما فعلنا من المكعب من قبل، قم بالنقر على المربع الأبيض الصغير أعلى الشكل المستدير ثم قم بتقليل ارتفاعه إلى 3 ملليمتر.  ثم قم بسحب الشكل المستدير بجوار المكعب لتتطابق تماما .

والآن نحن بحاجة إلى أن نفعل الشيء نفسه بالنسبة للجانب الآخر . سنقوم بنسخ ولصق الشكل المستدير . حدد الشكل، ثم قم بالضغط على CTRL+C ثم الضغط على  CTRL+V ستظهر نسخة بجوار النسخة الأصلية.

سنقوم بنقل الشكل إلى الجزء الآخر، ثم نقوم بتدويرة بزاوية 180 درجة.

سنقوم بجمع العناصر لتشكل كائن واحد،قم بتحديد جميع العناصر عن طريق الماوس ، ثم قم بالنقر على زر التجميع في الركن العلوي الأيسر للنافذة. لن يمكنك تغير حجم العنصر على حدة بعد الآن، إذا احتجت لتغير حجم أو ارتفاع عنصر قم بفك التجميع للكائن عن طريق النقر على زر إلغاء التجميع.

خلق ثقوب بالمجسم:

من خلال tinkercad  لا يمكنك فقط إضافة أشكال مختلفة معا- بل يمكن طرح الأشكال من بعضها البعض. نحن بحاجة إلى عمل ثقب في المجسم. لذلك سنقوم بسحب و اسقاط الاسطوانة على منطقة العمل.  ثم سنقوم بتصغير حجمها إلى (5mm x 5mm x 5mm ، قم بالضغط على زر shift على لوحة المفاتيح عند تغيير حجم بعد واحد ، ستقوم Tinkercad  تلقائيا بتغيير حجم البعديين الآخرين كذلك.

الآن قم بنقل الاسطوانه إلى المكان الصحيح، لكنها لا تشكل ثقب. قم بالنقطر على الاسطوانة ثم حدد “Hole”  من النافذة المنبقة الصغيرة في أعلى اليمين.

ثم قم بجمع العناصر ، قم بتحديد الاسطوانه والمجسم ثم النقر على تجميع.

تغيير منطقة العمل:

سنقوم بكتابة نص على المجسم . دعونا نخبر Tinkercad أولا انه من الآن فصاعداا سنقوم بوضع النص على منطقة عمل فوق المجسم الذي تم إنشاءه. قم بالضغط على زر W ثم قم بالنقر أعلى المجسم.

ستلاحظ ظهور منطقة عمل جديدة على رأس المجسم الذي تم إنشاءه. للعودة إلى منطقة العمل الأصلية، ببساطة قم بالغط على زر W ثم انقر في أي مكان من المساحة الفارغة على الشاشة.

الآن قم بختيار فئة النص Text ، من قائمة الأشكال على يمين النافذة. قم بإختيار Text  ثم قم بكتابة النص، والتلاعب بحجمه حتى يكتمل لديك النموذج.

الآن سنقوم بحفظ المجسم بتنسيق STL، عن طريق الضغط على Export ثم اختيار .STL .

برنامج Cura :

الصورة التالية توضح الشاشة الرئيسية لـ Cura ، هنا يمكنك اختيار أي مجسم أو مجسمات ليتم طباعتها، وتحديد كيفية طباعتها.

2- تحميل الملف :
انقر هذا الزر لتحميل كائن إلى منطقة الطباعة. يمكنك إضافة العديد من الكائنات كما يمكنك وضعها في المكان المناسب على منطقة الطباعة.

3- حفظ / طباعة :
عند الضغط على هذا الزر سيتم حفظ النموذج على محرك الأقراص أو SD card. وممكن أيضا طباعتها مباشرة إذا كان متصلا بـ سكلك USB.

4- المشاركة على YouMagine.com :
من خلال هذا الزر يمكنك مشاركة االملفات للمجسمات ثلاثية الأبعاد على YouMagine .

5- أوضاع العرض :
بعد إعداد النموذج للطباعة، يمكنك استخدام طرق مختلفة أوضاع عرض مختلفة لتحليل التصميم الخاص بك.

	عرض Normal : يقوم بعرض النموذج ثلاثي الأبعاد بلون المجسم. هذا هو العرض الافتراضي .
	عرض Overhang  : يعرض نموذج ثلاثي الأبعاد  نفس وضع الـ Normal ، باستثناء الأجزاء التي لديها زاوية حادة وسوف تتطلب الدعم أثناء الطباعة. تظهر هذه الأجزاء باللون الأحمر .
	عرض شفاف Transparent : يظهر النموذج ثلاثي الأبعاد بطريقة شفافة. هذا يسمح لك لفحص النموذج من الداخل .
	عرض XRay : يظهر النموذج باللون الأزرق باستثناء الثقوب أو وجوه إضافية داخل النموذج ثلاثي الأبعاد. هذا الإختيار مفيد للفحص النماذج التي لا تطبع بشكل صحيح. الأجزاء الحمراء تشير إلى أخطاء في النموذج ثلاثي الأبعاد .
	عرض Layer  : يظهر مسار الأداة الفعلية التي سيتم طباعتها من قبل الطابعة. يمكنك هنا فحص نتيجة عملية الإعداد المسبقة وكيفية تأثير الإعدادات المختلفة على نتيجة الطباعة .

6- منطقة الطباعة ثلاثية الأبعاد:
هذا يعطيك التصور لحجم المنطقة الخاصة بالطباعة للطابعة الخاصة بك .

7- هنا أربع علامات تبويب خاصة بالإعدادات :
الأساسية (Basic) ، المتقدمة (advanced) ، ملحقات (Plugins) ، بدء ونهاية الكود (start/end-code) .

تقطيع النموذج لطبقات :

الآن بعد تصميم النموذج الأول، حان وقت لإستخدام برامج تقطيع المجسم لطبقات. برنامج التقطيع (Slicer) هو البرنامج الذي يترجم مواصفات التصميم الذي تم تصميمه عن طريق TinkerCAD (أو أي برنامج للنمذجة ثلاثية الأبعاد آخر) إلى الطابعة ثلاثية الأبعاد الخاصة بك.

الطباعة ثلاثية الأبعاد تتكون من مجموعة من شرائح ثنائية الأبعاد التي تم وضعها فوق بعضها البعض لتكوين النموذج ثلاثي الأبعاد. برنامج التقطيع ينشئ مجموعة من التعليمات التي يمكن للطابعة ثلاثية الأبعاد فهمها وتحليلها وجمعها لإنشاء إلى نموذج ثلاثي الأبعاد.

عند تحميل النموذج إلى منطقة الطباعة على برنامج Cura سيظهر لك ثلاث أيقونات :

1- خيارات نموذج الاستدارة :

يعمل هذا الاختيار لتغيير دوران النموذج الذي ترغب في طباعته. عند تحديد Rotate ، ستلاحظ ظهور ثلاث حلقات حول التصميم الخاص بك. يمكن استخدام هذه الحلقات لتوجيه التصميم لجهة آخرى بمقدار 15 درجة. تعمل الحلقة الخضراء على تدوير التصميم الخاص بك إلى الأمام والخلف، والصفراء لتدوير تصميم جنب إلى جنب، والحمراء لتدوير التصميم على منطقة الطباعة المسطحة.

ويظهر أيضا إختيارين هما إعادة التعيين “Reset” يستخدم لإعادة تعيين النموذج إلى موقعه الأصلي. وباستخدام إختيار “Lay flat” سيتم وضع مسطح النموذج الخاص بك على سطح لوحة الطباعة. وهي مفيدة عندما لا يكون النموذج الخاص بك ذو سطح مستوي تماما أو عندما لا يتم التحميل بشكل صحيح في Cura .

2- خيارات معايرة النموذج

هذا الاختيار لتغيير حجم النموذج الذي ترغب في طباعته. المعايرة في Cura يعمل عن طريق النسبة المئوية. التصميم الأصلي الخاص بك يكون “1.0” أو 100% . لتقليص النموذج بنسبة 20% قم بتغير القيمة إلى 0.8 . و لتكبير النموذج على نطاق يصل إلى 20% عن طريق تغيير القيمة إلى 1.2 . عند القيام بتغييرحجم  X أو Y أو Z فإن باقي القيم سيتم ضبطها تلقائيا لمطابقة التغيير . Cura ستتيح لك تقديرات قياسات التصميم الخاص بك في الملليمتر .

 ويظهر أيضا إختيار “To max” ، عند اختيار هذا الخيار الفرعي سيتم توسيع نطاق النموذج إلى أكبر حجم ممكن .

3- خيارات انعكاس النموذج :

هذا الإختيار يتيح لك عكس النموذج الذي ترغب في طباعته ، حيث تسمح لك بعكس النموذج في محاور X، Y ، و Z .

عند بدء تشغيل Cura  في البداية يمكنك الاختيار بين ثلاث أوضاع للطباعة. منخفضة، أو متوسطة، أو عالية الجودة. ولكن، اعتماد على النموذج ثلاثي الابعاد الخاص بك، قد ترغب في مزيد من التحكم على الطابعة للحصول على أفضل جودة للطباعة. قد ترغب في ضبط درجة الحرارة أو السرعة، أو استخدام طبقات أسمك أو أرق. هناك العديد من الاختيارات التي يمكن أن تؤثر على الطباعة من خلالها .

الإعدادات :

لإظهار الإعدادات كاملة، من قائمة Expert قم بإختيار Switch to full settings .كما هو موضح بالصورة أعلاه.

ستظهر اربع علامات تبويب خاصة بالاعدادات. الأساسية (Basic)، المتقدمة (advanced)، ملحقات (Plugins) ، بدء ونهاية الكود (start/end-code) .

الإعدادات الأساسية (Basic) :

الإعدادات الأساسية هي الإعدادات العامة التي تريد تغييرها. تحتوي هذه الإعدادات على معظم الاختيار المؤثر على النتيجة.

1- الجودة (Quality ) :

ارتفاع الطبقة (Layer height) : يتم اعداها لوضع الارتفاع لكل طبقة من طبقات المجسم. هذا الاعداد الأكثر أهمية، لأنه يؤثر على جودة ووقت الطباعة.
الإعدادات المعتادة هي 0.2mm للطباعة منخفضة الجودة ،و 0.1mm للطباعة متوسطة الجودة، و 0.06mm للطباعة علية الجودة. ولكن جودة المنتج تؤثر على وقت الطباعة، فإذا كانت جودة المنتج عالية فإن الوقت المخصص للطباعة سيكون أطول. فعند اعداد ارتفاع الطبقة إلى 0.1 فتكلف وقتا أطول ولكن دقة أفضل للطباعة من ارتفاع 0.2 .

سمك الهيكل: سمك الهيك الجانبي، عند طباعة مكعب بسيط، هذا يمثل سمك الجدران الجانبية. فهو يحسن قوة الجزء.
عند اختيار  0.8 ستكون رقيقة جدا للهيكل، 2mm ستكلف وقتا أطول، 1.2mm هي أفضل نسبيا. الرجاء استخدام عدد من مضاعفات قطر الفوهة (Nozzel) .

Enable retraction :  عند تفعيل هذا الاختيار، تقوم الطابعة بسحب وارجاع الخيط (Filament) عندما تتحرك فوق الفجوات /الفراغات الموجودة في مجسم الطباعة. وهذا يقلل من كمية الخطوط الرقيقة بين الأجزاء المطبوعة. عادة يتم تفعيل هذا التراجع دائما، إلا إذا كنت ترغب في الطباعة بشكل أسرع أو يتم الطباعة باستخدام مادة لا تسمح بالتراجع المادة أثناء الطباعة.

2- التعبئة (Fill) :

يهدف هذا الدرس، لعرض كل ماتحتاجه  لتصميم ولإعداد النماذج ثلاثية الأبعاد للطباعة. ستتعرف على أفضل البرامج المستخدمة لكل مرحلة من مراحل سير العمل للطباعة ثلاثية الأبعاد.

يتطلب إنشاء وطباعة نماذج ثلاثية الأبعاد فريدة من نوعها ثلاثة أنواع من البرامج  :

أولا، هناك برناج النمذجة ثلاثية الأبعاد )3D modeling) المستخدمة لتصميم المجسمات الخاصة بك.تقليديا، يشار إلى استخدام البرمجيات لنمذجة الكائنات إلى التصميم بمساعدة الكمبيوتر (CAD-computer-aided design)  .
ثانيا، هناك برنامج التصنيع بمساعدة الكمبيوتر (CAM) الذي يحول النموذج الخاص بك إلى تعليمات ميكانيكية محددة للروبوت الطابعة.
ثالثا، هناك برنامج تحكم الطابعة، أو العميل، الذي يرسل تلك التعليمات إلى الطابعة في الوقت المناسب، ويوفر واجهة الوقت الحقيقي لوظائف الطابعة والإعدادات.

برمجيات النمذجة ثلاثية الأبعاد :

بعبارات بسيطة، برامج النمذجة، هي البرامج التي تكون قادرة على إنتاج نموذج ثلاثي الأبعاد وتصديرها إلى شكل STL  . معظم البرامج التي يتم توفيرها مع الطابعة ثلاثية الأبعاد لا تأتي مع برمجيات النمذجة ثلاثية الأبعاد. يمكنك تنزيل البرمجيات المجانية أو شراء برنامج متميز أكثر تقدما من أجل إنشاء نماذج ثلاثية الأبعاد .

برمجيات تقطيع النموذج :

برنامج التقطيع للنموذج يأخذ ملف STL  للنموذج ثلاثي الأبعاد كمدخل وينشيء ملف G-code، حيث يقوم بتقطيع النموذج ثلاثي الأبعاد إلى طبقات ذو سمك نحيف. برنامج التقطيع لا ينشيء نموذج ثلاثي الأبعاد، ولكن يعتمد على الإنتاج من برنامج النمذجة ثلاثية الأبعاد للعمل.
معظم البرامج تأتي مع الطابعة ثلاثية الأبعاد من الشركة المصنعة وهو عادة يأخذ ملف STL كمدخل وينشئ أمر G-code للطابعة.

وفي يلي توضيح بسيط لفهم النمذجة ثلاثية الأبعات وبرمجيات تقطيع النماذج :

الخطوة الأولى في استخدام الطباعة ثلاثية الأبعاد هي إنشاء نموذج كمبيوتر ثلاثي الأبعاد. يمكنك القيام بذلك عن طريق مسح المجسم الموجود، أو تنزيل نموذج من الويب، أو إنشاء نموذج بنفسك. في كل حالة، هناك الكثير من الخيارات للإختيار من بينها.

ما الذي يجعل نموذج قابل للطباعة على الطابعة ثلاثية الأبعاد ؟

يمكن إجراء النماذج من الصفر باستخدام برنامج ثلاثي الأبعاد CAD .  تركز هذه البرامج على التأثيرات البصرية والرسوم المتحركة والهندسة والعمارة وما إلى ذلك. بعض برامج CAD  ثلاثية الأبعاد معدة لمشاريع المبتدئين البسيطة. بغض النظر عن مصدر النموذج، يجب أن يكون الملف في شكل قابل للاستخدام من قبل البرامج التي تقوم بتقطيع النموذج للطباعة ثلاثية الأبعاد، حيث سيتم شرحة في هذا الدرس لاحقا.

تنسيقات ملفات النموذج ثلاثي الأبعاد:

يتم استخدام نموذج الكمبيوتر ثلاثي الأبعاد في العديد من السياقات المختلفة. نموذج الكمبيوتر ثلاثي الأبعاد يعني ملف كمبيوتر يحتوي على معلومات كافية حول سطح المجسم للسماح بطباعة المجسم. تنسيق الملف الأكثر شيوعا هو ملف STL . تنسيق ملف STL ، يتكون أساسا من قائمة طويلة من المثلثات التي تغطي معا سطح المجسم/الكائن.

برنامج CAD الخاص بك سوف ينتج نموذج ثلاثي الأبعاد مع تنسيق الملف، عادة يكونSTL  . واعتمادا على البرنامج الذي تم استخدامه لإنتاجه ومدى تعقيدة ، قد يحتوي ملفSTL على أخطاء، مثل الثقوب، والتي سوف تحتاج إلى تصحيح قبل أن تتم طباعتها بشكل صحيح. برنامج CAM الخاص بك قد تكشف هذه الأخطاء تلقائيا، وبعض حزم CAM  -على وجه التحديد  Slic3r – تشمل إجراءات الإصلاح التي سوف تحاول تلقائيا إصلاح أخطاء بسيطة، ولكن لايمكنك دائما الاعتماد على هذه لإنتاج مسار حد القطع المعقول. ويمكن أيضا إصلاح النماذج يدويا باستخدام نموذج المضلع polygonal modeler . ويوجد خيار آخر هو  MeshLab، وهو متقدم، ومفتوح المصدر لتجهيز STL  وتحرير أداة قوية .

تنزيل النماذج الجاهزة :

أحيانا يوجد نموذج لشئ تريد طباعته. في هذه الحالة، قد تكون قادر على تنزيله من واحد من عدد متزايد من قواعد البيانات النموذجية. بعض قواعد البيانات تحتوي على أشياء المنزلية أو أدوات الاستخدام الأخرى، والبعض الأخر من قواعد البيانات هي من الأشياء المعقدة والمتخصصة والتي قد تكون مفيدة جدا لك مهنيا.

نماذج من الأشياء اليومية :

تتوفر العديد من قواعد البيانات من المجسمات/الكائنات ثلاثية الأبعاد القابلة للطباعة على الانترنت. مواقع Thingiverse (www.thingiverse.com) و Youmagine (www.youmagine.com)  على حد سواء تتميز بإحتوائهم على مجموعة واسعة من المجسمات/ الكائنات. وقد تمت مساهمت هذه النماذج من قبل المستخدمين، وعلى هذا النحو تختلف على نطاق واسع في نوعية تصميمها سواء للطباعة أو لأغراضها الخاصة . في بعض الأحيان، يقوم منشئو النماذج بتحميل ملف STL  للطباعة، والملف بالتنسيق الأصلي للبرنامج الذي أنشأ النموذج.

سنقوم بعرض قائمة لأفضل المواقع لتنزيل ملفات STL  لطباعة المجسمات ثلاثية الأبعاد الجاهزة :

1- موقع Thingiverse :

دعونا نبدأ مع واحد من اكبر مستودع المحتوى لملفات الطباعة ثلاثية الأبعاد، Thingiverseهو موقع تديره ماكيربوت الصناعية. الموقع يحتوي على مجموعة ضخمة من الصناع تقدم ملفات STL  المجانية، حيث يسمح للمستخدمين من جميع المستويات لرفع وتبادل وتنزيل ملفات قابلة للطباعة ثلاثية الأبعاد خالية تماما من التكلفة. سواء كنت معلما، مهندس، محترف، فنان ، أو من الهواه هناك يمكنك أن تجد ما كنت تبحث عنه على Thingiverse . وهو مكان جيد للبدء.

2- موقع YouMagine :

على الرغم من أنه أصغر بكثير من Thingiverse ، وهو موقع ويب تديرة شركة Ultimaker . Ultimaker هي شركة طابعة ثلاثية الأبعاد مفتوحة المصدر. حيث يمكن للمستخدمين عبر الموقع  لرفع ومشاركة ملفات الطابعة ثلاثية الأبعاد. يحتوي الموقع على العديد من المجسمات مع ملفات STL  المجانية التي يمكن تنزيلها والتي تعمل على أي طابعة ثلاثية الأبعاد.

3- موقع GrabCAD :

GrabCAD هو أكثر من مجرد موقع عام لمحتوى التصاميم ثلاثية الأبعاد. مهمة GrabCAD  هو مساعدة المهندسين الميكانيكية على الوصول إلى أجزاء مصممة تصميما جيدا لبناء منتجاتهم بشكل أسرع.  الموقع هو مكتبة كبيرة من ملفات الطابعة ثلاثية الأبعاد -بعضها متوفر في ملف STL ، والبعض الآخر يمكن تحويلها- والتي تم إنشاؤها من قبل مجتمع من اكثر من مليون مهندس.

4- موقع MyMiniFactory :

MyMiniFactory هو مجتمع ومستودع لملفات الطابعة ثلاثية الأبعاد. يقدم الموقع نماذج طابعة ثلاثية الأبعاد مصنوعة من قبل المصممين المحترفين، مع ضمان أنه قد تم إختبار جودتها. يمكنك أيضا تسجيل طلب للحصول على تصميم ثلاثي الأبعاد قابل للطباعة، إذا لم تتمكن من العثور على ماكنت تبحث عنه.

لقد تم تغطيت المواقع لتنزيل النماذج المجانية إلى الطابعة ثلاثية الأبعاد، ولكن إذا كنت ترغب في طباعة شيء غير موجود في أي مكان، سوف تحتاج إلى استخدام برامج معينة لتطوير النموذج الجديد. .سواء كنت مبتدئا أو مصمم ثلاثي الأبعاد محترف، يمكنك بسهولة إنشاء النماذج ثلاثية الأبعاد الخاصة بك بإستخدام برمجيات النمذجة ثلاثية الأبعاد.

استخدام برامج CAD  :

معظم برامج CAD إما تحفظ الملف كـ STL مباشرة أو تقوم بتقديم خيار “export to” STL . كلما كان البرنامج أقوى، كلما استغرقت وقتا أطول لكي تكون بارعا في استخدامه. بعض البرامج يتم كتابة التعليمات البرمجية لإنشاء النماذج من قبل المستخدم، في حين أن البعض الأخر يتطلب استخدام الماوس لتصميم النموذج.

سنقوم بعرض قائمة ببعض أفضل وأكثر شائعية لبرامج النمذجة ثلاثية الأبعاد:

1- برنامج TinkerCAD :

هو برنامج تطبيق عبر الانترنت يعمل مباشرة في المتصفح دون الحاجة إلى التثبيت. وهو نقطة دخول جيدة للمبتدئين. وهو أسهل برامج التصميم، حيث يتيح لك البرنامج النمذجة ثلاثية الأبعاد لإنشاء أشكال هندسية ثلاثية الأبعاد وحفظها ومشاركتها عبر الإنترنت وتصديرها إلى ملفات STL .

2- برنامج SketchUp :

SketchUp هو مزيج مثالي من البساطة والأداء الوظيفي، مع واجهة سهلة الإستخدام، مما يجعله برنامج ثلاثي أبعاد مثالي لتصميم نماذج الطباعة ثلاثية الأبعاد.  ويوجد طبعة SketchUp مجانية وتحتوي على كل ما تحتاجة للنمذجة ثلاثية الأبعاد. استخدام SketchUp  من قبل المحترفين، هذا لا يعني انها ليست مكانا للمبتدئين.  يبدأ المستخدمون من خلال رسم الخطوط والأشكل والتي يمكن بعد ذلك دفعها وسحبها إلى مجموعة من أشكال هندسية معقدة ثلاثية أبعاد.

3- برنامج FreeCAD :

FreeCAD  هو برنامج مجاني مفتوح المصدر. واجهة النمذجة مثالية للمهندسين والمصميمين المتقدمي أو المتوسطي الإحتراف. يستخدم برنامج FreeCad  لإنشاء الرسومات الميكانيكية ثلاثية الأبعاد بجودة عالية. ويتيح لك برنامج FreeCad  نمذجة الأشكال الثلاثية الأبعاد والتعديل عليها وإضافة مكونات لها أو حذف مكونات بحيث تؤدي الغرض المطلوب منها على أفضل نحو ممكن، بالإضافة إلى إمكانية تغيير معالم النماذج الميكانيكية.

ماهو التقطيع ؟!

إنشاء ملف STL  هو الجزء الأول من عملية الطباعة ثلاثية الأبعاد. الخطوة التالية، وهي التقسيم أو تقطيع المجسم إلى طبقات يمكن إنشاؤها من قبل الطابعة. يجب أن يأخذ برنامج تقطيع المجسمات بعين الاعتبار الخصائص الفيزيائية للطابعة وهندسة النموذج الذي يتم طباعته. والخطوة الأخيرة، هي توليد ملف G-Code ويمثل الأوامر لقيادة الطابعة.

برنامج تقطيع المجسم تحتاج تحديد عدد من الإعدادات المختلفة وأهمها :درجة حرارة انصهار المادة الخام وهي تختلف من مادة ﻷخرى، وسمك الطبقة الواحدة  وعدد الطبقات المستخدمة، وحجم المجسم ، وعدد النسخ المطلوبة، وسرعة الطباعة.

أهم البرامج المستخدمة في عملية تقطيع المجسم :

1- برنامج Cura :

طورت الشركة المصنعة للطابعة ثلاثية الأبعاد Ultimaker، برنامج Cura  وهو برنامج مفتوح المصدر، واستخدامه لا يقتصر على الطابعات  Ultimaker ثلاثية الأبعاد. يتميز بالبديهية و السرعة وسهولة الإستخدام. وهو مناسب للمبتدئين لسهولة استخدام الواجهة الأمامية . وهو يسمح للتحكم بدقة أكثر بإعدادات الطابعة.

2- برنامج CraftWare :

برنامج CraftWare  هو برنامج آخر لتقطيع المجسمات. ويتميز بالسرعة وسهولة الاستخدام، مما يجعلها مناسبة للمبتدئين والمستخدميين الأكثر تقدما على حد سواء. وهو برنامج مجاني يحول النموذج الرقمي ثلاثي الأبعاد إلى G-code .

3- برنامج Slic3e :

هو برنامج مفتوح المصدر ويعمل على جميع أنظمة التشغيل. وهي واحدة من أدوات البرمجيات للطباعة ثلاثية الأبعاد الأكثر إستخداما على نطاق واسع بين الصناع. حيث تقوم بتحويل النموذج ثلاثي الأبعاد إلى تعليمات الطباعة للطابعة ثلاثية الأبعاد الخاصة بك. فهو يقوم بتقطيع النموذج إلى شرائح أفقية (طبقات) . ويولد نتائج جيدة وسريعة، حيث يقوم بتوليد ملف G-code والذي يمثل الأوامر لقيادة الطابعة.

خلال هذا الدرس سيتم التعرف على أجزاء الطابعة ثلاثية الأبعاد، والأدوات المستخدمة في عملية الطباعة لضمان تحصيل أفضل النتائج الممكنة.

أجزاء الطابعة ثلاثية الأبعاد :

الهيكل:

يمثل الهيكل الإطار الخارجي الذي يربط جميع أجزاء الطابعة معاً، ويكون إما مفتوح أو مغلق. ويجب أن يكون هيكل الطابعة صلبا وقويا للطباعة بشكل دقيق. فإذا كان الإطار يتأرجح حولها، لن تكون قادر على الحصول على طباعة دقيقة، وذلك لأن المحركات تتحرك بسرعة وإذا زادت عن حد معين فإن الطابعة تبدأ بالاهتزاز مما يؤثر على نتائج الطباعة.

أنواع مختلفة من الألومنيوم، الخشب، أو الحديد، أو الفولاز المقاوم للصدأ عادة تشكل الإطارات. وعادة ما تشكل المفاصل المطبوعة بالليزر أو المفصلة ثلاثي الأبعاد ما تبقى من الإطار.

منصة البناء:

كل طابعة ثلاثية الأبعاد تحتاج إلى سطح مستوي لبناء المجسمات المطبوعة عليه. ويسمى هذا السطح عادة منصة البناء. بعض الطابعات لديها منصة طباعة ساخنة، حيث يستطيع هذا السطح تحسين جودة الطباعة بشكل كبير لأنه يحافظ على دفء البلاستيك المخرج أثناء فترة الطباعة  لمنعه المجسم من التحرك والاعوجاج  وبالتالي تشويه شكل المجسم.

البعض الآخر من الطابعات تحتوي على منصة زجاج أو لوحة أخرى غير ساخنه تحتاج إلى أن تكون مغطاة بشريط من نوع ما لضمان التصاق الطبقة الأولى من المجسم على منصة البناء.

الأجزاء المتحركة :

الطابعات ثلاثية الابعاد بحاجة إلى نقل وتحريك الطارد ومنصة البناء من نقطة لأخرى بسرعة ودقة عالية لبناء المجسمات. فهي تحقق عملية الحركة عن طريق استخدام مجموعة من المحركات الخطوية حيث يتم ربطها بمسامير أو حزام أو غيرها من النظم المعلقة على البكرات.

الطابعة  ثلاثية الأبعاد يجب أن تتحرك في ثلاثة أبعاد X، Y ، Z  لبناء النموذج ثلاثي الأبعاد. لذلك هناك 3 إلى 4 محركات خطوية والتي تستخدم لإعطاء الحركات إلى هذه المحاور. هناك أنواع مختلفة من الطابعات المتاحة التي تستخدم مزيج مختلف من الحركات، فتتحرك المنصة في اتجاه Y و تحرك الفوهة بتجاه X و Y  (أو تتحرك المنصة في اتجاه Z  وتتحرك الفوهة في اتجاه Xو Y  )، ويوجد لكل إتجاه محرك.ويستخدم محرك واحد آخر لدفع المادة (الخيوط) بإتجاه الفوهة الساخنه.

الكترونيات التحكم :

يتم التحكم في العديد من الطابعات مفتوحة المصدر بواسطة المعالجات الدقيقة المتوافقة مع الاردوينو. أنظمة التحكم بسيطة جدا، وهي المسؤولة عن تشغيل جميع تلك المكونات والتحكم فيها. يقوم المعالج الصغير بإرسال الأمر ولكن ليس لدية اي طريقة لمعرفة ما إذا كان الأمر نُفذ بشكل صحيح أو لا .

أجزاء النهاية الساخنه للطابعة :

الطارد/البثق :

تجهز معظم الطابعات بأداة طرد واحدة. يعتبر الطارد الجزء المسؤول عن سحب المادة الخام وصهرها ومن ثم نفثها إلى منصة البناء . ويتكون الطارد على عدة أجزاء: محرك الطارد والتي تدفع الخيوط إلى النهاية الساخنة، حيث يتكون الطرف الساخن من سخان (heater) ، وفوهة (Nozzle) ، وجهاز استشعار حرارة thermistor  ، لمعرفة مدى سخونة السطح.

وجود طارد واحد تمكنك من طباعة المجسم بإستخدام لون واحد(أو خامة واحدة) فقط في الوقت نفسه. وبهذا لكي تستطيع تغيير اللون أثناء الطباعة يجب إيقاف الطابعة واستبدال بكرة الأسلاك بلون آخر (أو مادة أخرى). في حين بعض الطابعات الأخرى، تحتوي على طاردين اثنين، فتكون قادرة على طباعة المجسمات بإستخدام اثنين من المواد(أو لونين) سويا.

أنواع الطارد :

النمط الآخر من الطارد يعرف باسم Bowden	محرك الطرد المباشر (direct-drive extruder)
هنا يتم فصل ترس التدوير عن النهاية الساخنة مع انبوب التوجيه . يعمل الطارد البعيد هنا بنفس الطريقة التي يستخدمها الطارد المباشر، ومع ذلك فإن الفرق هو ان الخيط يجب أن يسافر مسافة خلال أنبوب للوصول أخيرا إلى النهاية الساخنة. والسبب الرئيسي لاستخدام Bowden  هو انه يتحرك المحرك الثقيل بعيدا عن الفوهة (Nozzle)  ، والتي يمكن ان تجعل جزء من الطارد الذي يتحرك أخف بكثير. وهذا يمكن أن يسمح بسرعة طباعة أسرع، ولكن على حساب نظام البثق الأكثر تعقيداً.	الطارد يحتوي على المحرك وترس التدوير لدفع الخيوط (المواد) على الجزء العلوي من النهاية الساخنة. في الصورة يمكن أن ترى مخطط مبسط لكيفية عمله. يتم تدوير الترس على وجه التحديد من قبل المحرك الخطوي. ثم دفع الخيوط إلى النهاية الساخنة.يمكن للترس التدوير إلى الأمام أو الخلف لاستخراج الخيوط من النهاية الساخنه عند تغيير الخيوط.

الفوهة (Nozzle) :

الفوهة هي واحدة من القطع الأكثر أهمية من الطابعة. تحتوي الفوهة على ثقب صغير لخروج المادة المنصهرة. إلى حد ما، مواد الفوهة والجودة تحدد المواد التي يمكن للطابعة صهرها بشكل آمن. فالفوهة ذات النوعية الجيدة يمكن التعامل مع بولي كربونات (polycarbonate) و النايلون وغيرها من البلاستيك ذو درجة حرارة أعلى.

الفوهات قابلة للتبديل، يختلف قطر الفوهة حسب حجم المنتج ودقة وسرعة الإنتاج. بالعادة تكون الفوهة 0.4mm  ، وفي حين قد تستخدم فوهة أصغر للحصول على التفاصيل الدقيقة أو فوهة اكبر لطباعة أسرع.

المحرك الخطوي :

ووظيفته سحب المادة الخام ودفعها إلى أنبوبة التسخين عن طريق ترس التدوير. يتم التحكم في المحرك من لوحة التحكم لتعيين مقدار الكمية المراد سحبها وسرعة السحب والانصهار ومقدار التراجع .

السخان :

يقوم برفع حرارة المادة الخام لدرجة الانصهار ليسهل صبها . ويحتاج السخان إلى حساس للحرارة للتحكم ومعرفة درجة الحرارة من لوحة التحكم.

 أنبوبة التسخين :

 يتم دفع المادة الخام فيها عن طريق المحرك لتصل إلى السخان.وهي مهمة جدا لضمان أن الحرارة لا تنتقل إلى البلاستيك وتقوم بصهره قبل أن يصل إلى الفوهة. وتسمى هذه الظاهرة بزحف الحرارة وتسبب التكدس خاصة مع PLA .

 المبرد أو المروحة : 

صميم أنبوبة التسخين وحده غير كافي فالأنبوبة تحتاج غالبا إلى تبريد لضمان صلابة الجزء الذي فوقها وعدم تأثره بحرارة السخان. فتعمل هذه المروحة كلما كانت النهاية الساخنة دافئه.

آلية العمل :

تقوم الطابعات ثلاثية الأبعاد بإنشاء المجسم ثلاثي الأبعاد من خلال بناء طبقات متتالية حتى يتم تحقيق النموذج المطلوب.

مجموعة أدوات الطباعة ثلاثية الأبعاد الأساسية:

هناك بعض الأدوات التي يمتلكها معظم مستخدمي الطباعة ثلاثية الأبعاد. هذه القطع الحيوية من المعدات تستخدم لضمان تحصيل أفضل النتائج الممكنة. سنقوم بعرض المواد التي تحتاجها بغض النظر عن ما إذا كانت لإصلاح الطابعاة ثلاثية الأبعاد، أو لإزالة المواد الداعمة أو لتحسين التصاق الطباعة ثلاثية الأبعاد، وتاتي هذه المواد في متناول اليدين مرارا وتكرارا.

الشريط الاصق الأزرق:

الشريط الأزرق هو احد الأدوات الأساسية التي من المرجح أن تملكها، وأيضا واحدة من الاكثر استخداما. إضافة الشريط الاصق الأزرق إلى منصة الطباعة هو وسيلة بسيطة وفعالة لمساعدة المجسم ثلاثي الأبعاد للإلتصاق والثبات على منصة البناء أثناء عملية الطباعة. كما انه يسهل عملية إزالة المطبوعات النهائية، ويعمل على حماية منصة الطباعة من الخدوش.

الشريط الأكثر شيوعا من شريط الاصق هو الشريط الأزرق. في حين هناك العديد من الأنواع المختلفة متاحة من الشريط الأزرق.عند شراء شريط، تأكد من تحديد عرض لا يقل عن 50 ملم (2 انش) .

شريط Kapton :

الشريط Kapton  هو شريط الذي يستخدم مادة بديلة لتغطية منصة الطباعة. على عكس الشريط الأزرق، فقد تم تصميم هذا الشريط خصيصا لتحمل درجات حرارية عالية تصل إلى 400 درجة مئوية. يستخدم الشريط Kapton  لتحسين التصاق الطباعة ثلاثية الأبعاد  ويستخدم بالاغلب مع خيوط ABS . عند الطباعة مع PLA ، فمن الأرخص استخدام الشريط الأزرق .

بسبب خصائصها المقاومة للحرارة كما يستخدم عادة شريط Kapton لتأمين مكونات الطباعة ثلاثية الأبعاد في منطقة الطرف الساخن.

صمغ الورق:

إنشاء منصة التصاق هو جزء مهم لطباعة مجسم ثلاثي الأبعاد. صمغ الورق يستخدم لتغطية منصة الطباعة فهو قابل للذوبان، مما يؤدي إلى تحسين الالتصاق السريع.  يمكن أيضا استعماله على الشريط الاصق الأزر أو الشريط Kapton أو حتى مباشرة على الزجاج في حالة الطابعة ثلاثية الأبعاد التي تستخدم الزجاج كمنصة بناء.

بعض الناس يفضلون استخدام مثبتات الشعر، ولكننا نوصي بالصمغ الخاص بالورق، كما يمكنه أن يكون أكثر دقة مع التطبيق، بالإضافة إلى أن هناك خطر أقل من الرش عن طريق الخطأ على الحزام الناقل أو الأجزاء المتحركة .

قدمة ذات الورنية الرقمية :

الفرجار الرقمي لدية العديد من التطبيقات في الطباعة ثلاثية الأبعاد. حيث تسهل لك قياس المساحات الضيقة، والأشياء المنحنية، وهي مفيدة لفحص دقة المطبوعات الخاصة بك. في الطباعة ثلاثية الأبعاد، يمكن استخدام الورنية في العديد من التطبيقات: يمكن استخدامه للتحقق من دقة المطبوعات الخاصة بك، وكذلك يمكنك استخدامه لقياس أبعاد الأجزاء .

خيوط الطباعة ثلاثية الأبعاد على الرغم من كونها تعلن بقاياسات 3 ملم او 1.75 ملم، نادرا ما يتم تصنيعها بهذه القياسات الدقيقة. فمن الضروري قياس أقطار الخيوط المستخدمة لتتناسب مع الطابعة.

 Spatula or palette knife :

في بعض الأحيان، قد تجد أن الطباعة ثلاثية الأبعاد عالقة مع المنصة. عندما يحدث هذا، فإن السكين هذا عادة يتم استخدامه لحل المشكلة. كل ما عليك فعله هو التخفيف من عملية الالتصاق باستخدامه تحت المجسم المطبوع ورفعه بعناية.

مع مرور الوقت، ستحتاج إلى استخدام مجموعة متنوعة من السكين اللوحي ذو الواح مختلفة . في البداية، نوصيك بالحصول على سكين ذو لوح صلب، وأخر مرن.

مشرط :

يستخدم لتنظيف القوب النموذجية، ولإزالة القطع الصغيرة من البلاستيك الموجودة على الأجزاء المطبوعة،وخاصة الحواف. وستحتاج أيضا هذه السكاكين لترتيب المطبوعات الخاصة بك، لأنها نادرا ما تتميز بالكمال التام. كما يمكن إزالة النقط البلاستيكية أو الخيوط الزائدة التي ظهرت أثناء عملية الطباعة، مما يجعل النتيجة النهائية تبدو أكثر سلاسة ونظافة. نوصي بالحصول على سكين ذو شفرات قابلة للتبديل مثل سكين  X-Acto .

الكماشة :

الكماشة لديها مجموعة متنوعة من الاستخدامات، من صيانة الطباعة الأساسية إلى إصلاح الطابعة ثلاثية الأبعاد الخاصة بك. كماشة قطع الأسلاك هي مفيدة بشكل خاص لقص الأجزاء الداعمة للمجسم . وينصح استخدام الكماشة ذو مقبض مطاطي مقاوم للانزلاق.

Screwdrivers / hex key screwdrivers :

سيتم استخدام هذه المفكات لإعادة شد المسامير الخاصة بمنصة الطباعة وسائر المحركات  للطابعة ثلاثية الأبعاد.

خيوط الطباعة ثلاثية الأبعاد هي الحبر الذي تستخدمة الطابعة ثلاثية الأبعاد وأهميتها لا يمكن الاستهانة بها عند السعي لتحقيق نتائج عالية الجودة. في هذا الدرس سنقوم بمشاركة بعض رؤينا حول الخيوط المستخدمة في الطباعة ثلاثية الابعاد.

المواد المستخدمة في عملية الطباعة :

قد قطعت المواد المتاحة للطباعة ثلاثية الأبعاد شوطا طويلا منذ الأيام الأولى لهذه التكنولوجيا. يوجد الآن مجموعة واسعة من أنواع المواد المختلفة، والتي يتم توفيرها في حالات مختلفة (مسحوق، خيوط، كريات، حبيبات، الراتنج وغيرها). الخيوط هي المادة التي يتم استخدامها في الأغلب من قبل الطابعات لإنشاء المجسمات. حيث تأتي في مجموعة متنوعة من الأحجام والأنواع والألوان، وهذا يتوقف إلى حد كبير على ما تريد إنشاءه. الخيوط مصنوعة من مجموعة متنوعة من المواد مثل البلاستيك، والنايلون، واللدائن.

حيث يجري الآن تطوير مواد محددة بوجة عام لمنصات محددة تقوم بتنفيذ تطبيقات مخصصة (مثال على ذلك في مجال قطاع الأسنان) مع خصائص مادية تتناسب بدقة مع التطبيق المستخدم لأجله.

كيفية إختيار المواد المناسبة :

انت بحاجة إلى معرفة أي المواد هي مناسبة للمنتج النهائي الخاص بك. من هناك يمكنك اختيار أي نوع من الطابعة التي يجب عليك شراءها. وعند شراء خيوط الطابعة ثلاثية الأبعاد انت بحاجة إلى أن تأخذ في الاعتبار الكثير من الميزات المختلفة للمواد.  أقطارالخيوط تختلف حسب الطابعة المستخدمة، حيث أن الأقطار الأكثر شيوعا للخيوط المستخدمة هي 1.75 ملم و 3.00 ملم. تم تصميم كل نموذج للطابعات للعمل مع قطر واحد فقط لذا يجب الإطلاع على الوثائق الخاصة بالطابعة الخاصة بك.

خيوط الطباعة كانت تقتصر على ABS  و PLA ، ولكن الآن هناك مجموعة من المواد المختلفة . فسنقوم بالتعرف على انواع الخيوط وخصائصها، وسيتم سرد نطاقات درجة الحرارة الأساسية، ولكن نضع في اعتبارنا ان درجات الحرارة الموصى بها تختلف حسب الفوهة والمنصة للطابعة المستخدمة. ومن المهم ان نعرف أنه ليس كل الطابعات يمكن أن تقبل كل المواد- البعض سوف تعمل مع نوع واحد فقط.  فسنقوم بالتعرف على انواع الخيوط وخصائصها.

PLA :

PLA (حمض اللبنيك) واحدة من الأكثر شيوعا لخيوط الطباعة ثلاثية الأبعاد. وهي واحدة من المواد الموصى بها لكثير من الطابعات، لسبب وجيه- PLA هو مفيد في مجموعة واسعة من تطبيقات الطباعة، كونها على حد سواء عديمة الرائحة و منخفضة الاعوجاج، ولا تتطلب منصة ساخنه. خيوط PLA هي أيضا واحدة من أكثر مواد المتاحة للطابعة ثلاثية الأبعاد صديقة للبيئة، فهي مصنوعة من الموارد المتجددة سنويا (نشا الذرة) وتتطلب طاقة أقل للمعالجة بالمقارنة مع البلاستيك التقليدي (القائم على البترول). PLA هو متاح في العديد من الألوان ويمكن أن يكون شفاف او غير شفاف.

درجة حرارة الفوهة	235–185 درجة مئوية
درجة حرارة منصة البناء	60°C
سطح الطباعة	الشريط الاصق الأزرق، شريط Kapton ، زجاج ساخن، قطع الفينيل

خصائص خيط PLA :

– قوية، سهلة الاستعمال، تتميز بالمتانة،.
– مثالية للمنتجات الاستهلاكية، الألعاب الصغيرة.
– مرونة محدودة جدا، وهش قليلا.
– غير قابلة للذوبان.
– أقل قوى من ABS.
– لا يتطلب منصة ساخنة.

ABS :

ABS هو ثاني المواد الأكثر شعبية من خيوط الطباعة ثلاثية الأبعاد . وهو من اللدائن الحرارية الرخيصة، والدائمة، ومرنة قليلا، وخفيفة الوزن، حيث يتم بثقها بسهولة- مما يجعلها مثالية في الطباعة ثلاثية الأبعاد. يستخدم نفس هذا البلاستيك في مكعبات اليغو وخوذات الدراجات، والآلآت والمعدات الرياضية وأكثر من ذلك. وتأتي بمختلف الألوان.

هناك العديد من العيوم لاستخدام خيوط ABS، أولا، يتطلب درجة حرارة أعلى للوصول إلى نقطة الانصهار. وعلاوة على ذلك، فهو يتطلب منصة بناء ساخنة. وهذا يمنع الطبقة الأولى من الطباعة من التبريد بسرعة كبيرة جدا، وبالتالي فإن البلاستيك لا يتشوه ولا يتقلص قبل إكتمال المجسم.

عيب آخر لهذه الخيوط هو الأبخرة المكثفة التي تنشأ أثناء الطباعة. يمكن أن تكون خطرة على الناس الذين يعانون صعوبات في التنفس. الطابعة ثلاثية الابعاد يجب أن توضع في منطقة جيدة التهوية. ومن المهم جدا تجنب التنفس واستنشاق الابخرة عند الاستخدام .

درجة حرارة الفوهة	250-215 درجة مئوية
درجة حرارة منصة البناء	115–90 درجة مئوية
سطح الطباعة	الشريط الاصق Kapton

خصائص الخيط ABS :

– ما يميز هذا النوع هي المتانة العالية، قوة جيدة ومقاومة الصدمات.
– مثالية للأجزاء المتحركة، القطع الآلية وألعاب الأطفال.
– قابلة للذوبان بالأسيتون.
-لايعتبر آمنة للاستخدام مع المواد الغذائية.
– سهلة المعالجة بعد الطباعة.

nylon :

هو البوليمر الاصطناعية الشائعة المستخدمة في العديد من التطبيقات الصناعية. مع خيوط البلاستيك تكون التكلفة أقل، قوي، ومرن،ومقاوم للصدمات. فهي أقل هشاشة من PLA ،  ABS، ولكن أقوى و اكثر دواما من الاثنين.

خيوط الطباعة ثلاثية الابعاد هذه يمكن استخدامها في مجموعة متنوعة من التطبيقات. وهي تشمل الحاويات، والأدوات، والمنتجات الاستهلاكية، والألعاب.

درجة حرارة الفوهة	260-235 درجة مئوية
درجة حرارة منصة البناء	50-100 درجة مئوية
سطح الطباعة	ورق النايلون ، Garolite

خصائص الخيط  Nylon :

– المزايا الأساسية هي القوة العالية والمتانة والمرونة.
– مثالية للأجزاء الميكانيكية، الأجزاء الهيكيلية، التروس والمحامل، الأحمال الديناميكية.
– يمكن إعادة تدويرها.

HIPS :

تستخدم HIPS عادة في صناعة المواد الخاصة بالتغليف الغذائي. HIPS هي خيوط طباعة ثلاثية الأبعاد قابلة للتحلل ولها لون أبيض مشرق، وليس هناك أي آثار ضارة عند التعامل معها.

فهي شائعة جدا للاستخدام كمواد ثانوية في الطابعات مزدوجة البثق. فهي توفر الدعم الهيكلي للمجسمات المعقدة الذي يتم طباعته باستخدام ABS كمادة اساسية. وبمجرد اكتمال مهمة الطباعة، يمكن إذابة الخيوط باستخدام هيدروكربون سائل عديم اللون.

درجة حرارة الفوهة	220-235 درجة مئوية
درجة حرارة منصة البناء	115°C
سطح الطباعة	الشريط الاصق Kapton

خصائص الخيط  HIPS :

– متانة عالية.
– مرونة منخفضة.
– قابلة للذوبان بمختلف المذيبات.
-لايعتبر آمنة للاستخدام مع المواد الغذائية.

مراقبة جودة الخيوط :

مع تطور ونمو سوق الخيوط للطابعة ثلاثية الأبعاد، أخذت مراقبة الجودة  في التحسن، ولكن لا تزال هناك تناقضات في بعض الأحيان. أقطار الخيوط الشائعة هي 3 ملم و 1.75 ملم. ومع ذلك هذه هي الأقطار الاسمية، والقطر الفعلي قد يختلف. العديد من الخبراء تملك أداة القدمة ذات الورنية ((Vernier caliper  لقياس القطر الفعلي لكل مصنع والتحقق من قطر الخيوط . إذا كان القطر يختلف عن تصميم قطر فوهة الطارد، فإن الطابعة ستتعطل أو يتم وقف الطارد.

يقوم البرنامج المتحكم بالطابعة بحساب حجم البثق اعتمادًا على قطر الخيوط وقطر فوهة الطارد وكذلك سرعة البثق (الطرد) ويشار إليها باسم معدل التدفق (mm/s) تتحكم الطابعة ثلاثية الأبعاد في حجم البلاستيك الذي يتم دفعه من الفوهة عن طريق دوران عجلة الطارد ودفع طول معين من الخيوط أسفل النهاية الساخنه. إذا كان قطر الخيوط غير منتظم، فإن حجم البلاستيك المقذوف سوف يختلف ولا يمكن ضبط طول البثق من خلال البرنامج للتعويض عن هذا الاختلاف . مما يؤدي إلى القذف غير المتناسقة.

من الناحية المثالية، يجب أن تحافظ الخيوط على قطر ثابت على طول ملف الخيوط بأكمله لكن هناك دائما نسبة تفاوت بسبب عيوب صغيرة في عملية تصنيع الخيوط،. نسبة التفاوت في الخيوط تصف الاختلاف في القطر الموجود في الخيوط التي تستخدمها. على سبيل المثال، لدينا خيوط 1.75 ملم بنسبة تفاوت 0.05 ± ملم.

يمكن أن تنشأ مشاكل خطيرة بسبب أقطار الخيوط غير المتناسقة. مثال نموذجي هو فشل الطارد، في هذه الحالة يفشل الطارد في عملية ايصال البلاستييك أو المواد المستخدمة إلى النهاية الساخنة. ويتم حدوث ذلك إذا كان الخيط رقيق جدا  بالنسبة لآلية شد الطارد، الأمر الذي يؤدي إلى حدوث الضغط الغير كاف للخيوط.

عندما يكون قطر الخيط فجأه واسع جدا، فلن يكون للمحرك الطارد القوة الكافية لدفعه عبره، كما يمكن ان لا يتناسب مع فتحة الطرف الساخن. وقد يمزق التروس الخاص بالطارد سطح البلاستيك بسبب زيادة القطر، مما يؤدي إلى تعطل الطارد.

للتحقق من قطر الخيوط، قم باستخدام أداة القدمة ذات الورنية ((Vernier caliper، كما هو مبين بالصورة التالية، أو الميكرومتر لقياس القطر في عدة أماكن والتأكد من انه يلبي نسبة التفاوت المعلن عنها.

الخيوط سيئة الجودة تحتوي على فقاعات هواء، الأمر الذي سيؤدي إلى عدم انتظام جودة الطباعة. والأسوأ من ذلك، يمكن للجسيمات الملوثة التسبب في انسداد فوهة الطارد. عند ظهور مشاكل بالطارد/البثق أثناء عملية الطباعة، ينبغي أن يكون السبب هو قطر الخيوط الغير منتظم أو وجود ملوثات خيوط . تأكد من استخدام خيوط الطباعة ثلاثية الأبعاد المخصصة للطابعة، وليس شيئا يشبه ذلك .

لم يعد من الخيال محاكاة أي نموذج ثلاثي الأبعاد أو مجسم وتحويل كل ما يخطر ببالك من أشكال متنوعة لتكوين صوره طبق الأصل منه على ارض الواقع. من خلال هذا الدرس،سيتم التعرف على تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد عبر لمحة عن تاريخ هذه تقنية وكيف تطورت مع مرور الوقت. وماهي أهمية هذه التقنية في التصنيع. وسيتم عرض أنواع الطابعات الموجودة بالعالم وماهي تكنولوجيا طباعة ثلاثة الأبعاد المناسبة لعدة مجالات. وأخيرا عرض لمحة عامة عن سير العمل لإنشاء النماذج.

تاريخ موجز للطباعة ثلاثية الأبعاد :

ترجع بداية الطباعة ثلاثية الأبعاد إلى عام 1976، عندما تم اخترع الطابعة النافثة للحبر. في بداية الثمانينيات، ظهرت أول تقنيات الطباعة ثلاثية الأبعاد، وفي ذلك الحين كانت تسمى بتقنية النماذج الأولية السريعة. ويرجع ذلك إلى أن العملية كانت في الأصل تصور كوسيلة سريعة وأكثر فعالية من حيث التكلفة لإنشاء نماذج لتطوير المنتجات داخل الصناعة.

في عام 1984، ومع مزيد من التعديلات والتطور والتقدم للمفهوم النافثة للحبر تحولت التكنولوجيا من الطباعة مع الحبر إلى الطباعة مع المواد. حيث يرجع أصول الطباعة ثلاثية الأبعاد إلى عام 1986، عندما تم إصدار أول براءة لجهاز المجسمات (SLA) . وهذه البراءة تنتمي إلى تشارلز هال. ومنذ ذلك الحين، تم تطوير مجموعة متنوعة من تطبيقات تكنولوجيا الطباعة ثلاثية الأبعاد عبر العديد من الصناعات،  وفيما يلي لمحة موجزة عن تاريخ تطور الطباعة ثلاثية الأبعاد .

ولا تزال تقنيات الطباعة ثلاثية الأبعاد في تطور مستمر حتى الوقت الحالي.

ماهي الطباعة ثلاثية الأبعاد ؟

الطباعة ثلاثية الأبعاد هي تقنية مبتكرة تمكنك من إنشاء المجسمات من خلال نموذج رقمي. حيث تعرف الطباعة ثلاثية الأبعاد باسم التصنيع المضاف. وهو ينطوي على عملية أخذ النموذج الرقمي، وترجمته إلى سلسلة من شرائح أفقية في لغة الآلة، ثم طباعته عن طريق إضافة طبقات متعاقبة ودقيقة جداً (لا يتجاوز سمكها أجزاء من الميليمتر) من المواد حتى يتم إنشاء المجسم ثلاثي الأبعاد باستخدام عدد من التقنيات المختلفة.

كما أن الطباعة ثلاثية الأبعاد تجلب اثنين من الابتكارات الأساسية: التلاعب في المجسمات في شكلها الرقمي و تصنيع أشكال جديدة عن طريق إضافة المواد.

استخدامات الطباعة ثلاثية الأبعاد :

ما يجعل الطباعة ثلاثية الأبعاد فريدة من نوعها هو قدرتها على تصنيع كائنات صلبة كاملة ومعقدة. حيث تستطيع طباعة (صناعة) المجسمات والأدوات بطرق لا محدودة، وبمختلف المواد والمعادن. دخلت الطباعة ثلاثية الأبعاد العديد من المجالات منها الفنية، والتراثية والاثرية، والألعاب  وسيارات ومبانٍ وفي المجال الطبي تمكنت الطباعة ثلاثية الأبعاد من توفير أطراف صناعية مطبوعة لهؤلاء الذين فقدوا أيديهم أو أرجلهم فى حوادث، لتصبح الأطراف الصناعية تطبيقا مثاليا للطباعة ثلاثية الأبعاد.

وقد أثرت هذه التكنولوجيا على التاريخ الإنساني الحديث ربما أكثر من أي مجال آخر. حيث جعلت حياتنا أفضل من نواحي كثيرة، وفتحت آفاقا وإمكانيات جديدة. بالنسبة لمعظم الصناع، هي اختصار قوي لعمل كائنات دقيقة ومعقدة لأغراض مختلفة لا نهاية لها.

هناك أنواع مختلفة من تقنيات الطباعة ثلاثية الأبعاد، والتي تعالج مواد مختلفة بطرق مختلفة لصنع المجسم النهائي. فاللدائن، والمعادن، والسيراميك، والرمال ، تستخدم الآن بشكل روتيني للتطبيقات الصناعية الأولية وإنتاجها. البلاستيك هو حاليا من المواد المستخدمة على نطاق واسع، ولكن هناك عدد متزايد من البدائل، بما في ذلك النايلون. وهناك عدد متزايد من الآلات التي تم تكييفها للمواد الغدائية، مثل السكر والشوكولاته.

هناك عدة أنواع من الطابعات ثلاثية الأبعاد أهمها :

ستيريوليثغرافي (stereolithography ):

SLA  تمثل أقدم التقنيات في الطباعة ثلاثية الأبعاد. وهي عملية تعتمد على الليزر والتي تستخدم التبلمر الضوئي لصنع مجسمات صلبة من السوائل. فهي تستخدم خزان مليئا براتينج السائل ضوئي التبلمر قابل للمعالجة باستخدام الليزر لبناء المجسم النهائي طبقة بعد أخرى. وهي عملية معقدة، ولكن ببساطة، يتم وضع الراتنج فوتوبوليمر في وعاء مع المنصة المنقولة في الداخل، يتم توجيه شعاع الليزر في محاول X-Y  عبر سطح الراتنج وفقا للبيانات المقدمة إلى الجهاز، ثم يقوم برسم مقطع عرضي من شكل المجسم على سطح الراتنج لتشكيل أجزاء صلبة بطريقة دقيقة. وبمجرد الانتهاء من الطبقة، تقوم منصة الجهاز بالهبوط لمسافة تساوي سمك طبقة واحدة (على محور Z ). يستمر هذا حتى يكتمل الكائن بأكمله ويمكن رفع المنصة من الوعاء لإزالته.

بسبب طبيعة عملية SLA ، فإنها تتطلب هياكل لدعم بعض الأجزاء البارزة في المجسمات، هذه الهياكل تحتاج إلى إزالة يدويا. ومن حيث خطوات المعالجة، العديد من المجسمات ثلاثية الأبعاد المطبوعة باستخدام SLA  تحتاج إلى تنظيف ومعالجة. العلاج ينطوي على خضوع الجزء إلى ضوء مكثف في آلة تشبه الفرن لتصلب الراتنج.

يتم قبول المجسم عموما باعتبارها واحدة من عمليات الطباعة ثلاثية الأبعاد الأكثر دقة. ومع ذلك فإن عملية المعالجة المطلوبة يمكن أن تجعل المنتج أكثر هشاشة. وهي شعبية في مجال الصناعات مثل المجوهرات وطب الأسنان التجميلي.

النمذجة بالترسيب المنصهر (FDM) :

عملية سحب المواد بالحرارة هي الأكثر شيوعا، والاسم الأكثر شعبية لهذة العملية هي النمذجة بالترسيب المنصهر (FDM) . تعمل هذه العملية عن طريق ذوبان خيوط البلاستيك التي يتم سحبها من البكرة ليغذي فوهة الطارد (extruder) الساخن والذي يستطيع التحكم في السريان بوقفه أو تشغيله، ويدفع البلاستيك المنصهر في إحداثيات X  و Y في حين أن منصة البناء تنخفض في إتجاه z عند الانتهاء من كل طبقة لتشكيل طبقات متتالية على منصة البناء وفقا للبيانات ثلاثية الأبعاد المقدمة إلى الطابعة.

تقوم الآلة باستخدام خامتين، واحدة للنموذج النهائي وواحدة لبناء الدعم في حال كان المجسم يحتوي على بروز في بعض الأجزاء، حيث يتم التخلص منه بعد ذلك.

هذا النوع من الطابعات ثلاثية الأبعاد هو وسيلة فعالة من حيث التكلفة لتطويرالمنتجات والنماذج الأولية السريعة في قطاع الأعمال الصغيرة وقطاع التعليم لأنها قادرة على تصنيع أجزاء قوية موثوق بها نسبيا وبسرعة، على الرغم من أن عملية ما بعد المعالجة يمكن أن تكون مطلوبة.

معالجة الضوء الرقمي (DLP) :

معالجة الضوء الرقمي (DLP)  و ستيروليثوغرافي (stereolithography)  لديهم الكثير من القواسم المشتركة. يستخدم كلا النوعية البوليمر الضوئي السائل photopolymers)) ، إلا أن الفرق الرئيسي هو مصدر الضوء. DLS تستخدم مصدر ضوء أكثر تقليدية، مثل المصباح القوسي، مع لوحة عرض الكريستال السائل أو شبكة من المرايا الصغيرة. هذه المريا قابلة للإمالة ذهابا وإيابا. فعند إمالة المرآة، فإنها تعكس الضوء وينشئ بكسل مضئ ، وعندما تميل  للجهة الأخرى فيكون بكسل مظلم. يتم استخدام هذه التكنولوجيا في أجهزةالعرض السينمائي، والهواتف المحمولة، وأيضا في الطابعات ثلاثية الأبعاد. حيث يتم تطبيق الضوء على سطح كامل من الراتنج البوليمر الضوئي في تمرير واحد، مما يجعله أسرع من SL .

وأيضا مثل SL ، DLP  تنتج أجزاء دقيقة للغاية مع تصميم ممتاز، ولكن أوجة التشابة أيضا تشمل نفس المتطلبات لهياكل الدعم وما بعد المعالجة. ومع ذلك، هناك ميزة واحدة للـ DLS أكثر من SL هو أن هناك حاجة فقط لراتنج ضئيل لتسهيل هذه العملية، مما يؤدي إلى تقليل النفايات وانخفاض تكاليف التشغيل .

التلبيد الانتقائي بالليزر (SLS) :

هي مماثلة لـ SLA ، ولكن الفرق الرئيسي هو أن هذا النوع من الطباعة ثلاثية الأبعاد يستخدم مسحوق من المواد في منطقة البناء بدلا من الراتنج السائل. تستخدم هذه التقنية ليزر عالي القدرة للحام الجزيئات الصغيرة من البلاستيك أو المعادن في كتلة صلبة تحمل شكل المجسم المطلوب. حيث يتم توجيه الليزر عبر منصة الحاملة للمسحوق، وفقا للبيانات ثلاثية الأبعاد المقدمة للجهاز، في محاور X-Y  . كما يتفاعل الليزر مع المسحوق/البودرة  فيقوم بلحم هذا الجزيئات بشكل انتقائي لتشكل طبقة صلبة.وبمجرد الإنتهاء من طبقة تنخفض المنصة التي تحمل المسحوق درجة إلى الأسفل، بمقدار سمك الطبقة المطلوبة، تدريجيا وتضاف طبقة جديدة من البودرة، ومن ثم تعاد نفس العملية مع طبقة جيدة، وهكذا حتى يكتمل الشكل.

حجرة البناء مغلقة بإحكام، كما انه من الضروري الحفاظ على درجة حرارة دقيقة خلال عملية محددة لنقطة انصهار مسحوق المواد. وبمجرد الانتهاء، يتم إزالة منصة المسحوق بالكامل من الجهاز ويمكن إزالة المسحوق الزائد لترك الأجزاء المطبوعة.  وتتمثل إحدى المزايا الرئيسية لهذه العملية  في أن طبقة البودرة التي لم يمسها الليزر تظل على حالتها، مما يجعلها تشكل بناءً داعما للجسم النهائي وهي ميزة لتقنية SLS  ، حيث لا يحتاج المصمم إلى صنع هيكل إضافي للدعم.

ومع ذلك، على الجانب السلبي، بسبب ارتفاع درجة الحرارة المطلوبة لتلبد الليزر، يمكن أن تكون أوقات التبريد طويلة. وعلاوة على ذلك، كانت المسامية قضية تاريخية لهذه العملية، وبينما كانت هناك تحسينات كبيرة نحو أجزاء كثيفة، لا تزال بعض التطبيقات تستلزم ترسيب مع مادة أخرى لتحسين الخصائص الميكانيكية.

ويستخدم SLS على نطاق واسع لتطوير المنتجات والنماذج الأولية السريعة في مجموعة واسعة من الصناعات التجارية. المواد المستخدمة في  SLS  يمكن أن تتراوح من النايلون و الزجاج والسيراميك إلى الألومنيوم والفضة وحتى الفولاذ.

سير العمل لإنشاء النماذج :

رسم التصميم :

قد تبدو عملية التصميم صعبة. على الرغم من أن الفروق الدقيقة في عملية التصميم يمكن أن تختلف من مصمم إلى مصمم، ولكن المبادئ الأساسية لا تزال هي نفسها . ومن الواضح أن التصميم يجب أن يبدأ بفكرة. بعد تحديد الأفكار، تأتي مرحلة الرسم حيث انها امتداد لعملية التفكير. الرسم هو عملية اختبار للأفكار بسرعة دون الالتزام بالوقت الازم لإنشاء النموذج ثلاثي الأبعاد.

النمذجة ثلاثية الأبعاد :

تصميم ثلاثي الأبعاد: عندما يكون لديك مجموعة جيدة من الرسومات على الورق، سيكون لديك فكرة أفضل عن ما تريد إنشاءه. الرسم سيساعدك على اتخاذ القرارات المتعلقة بالشكل الهندسي، والحجم، والمواد التي ستكون ضرورية في خلق نموذج ثلاثي ابعاد ناجح . في مرحلة النمذجة ثلاثية الأبعاد يمكنك صقل تصميم التفكير. حيث ان العمل في التصميم ثلاثي الأبعاد يسمح لك لفهم وثيق لكل تفاصيل المجسم والسيطرة على جميع جوانبه . في هذه المرحلة، ستكون قد أنهيت من تصميم المجسم المراد طباعته .

نماذج التصدير: كل برنامج لتصميم ثلاثي الأبعاد لديها تنسيق للملفات الخاصة بها. ومن اجل الطباعة ثلاثية الأبعاد يجب أن يتم تصدير النموذج الصلب كتصميم ذو شبكة مضلعة . STL  هو الشكل الأكثير شيوعا لتصدير الهندسي للطباعة ثلاثية الأبعاد . حيث يحاول هذا التنسيق تقريب المجسم وتبسيطه عن طريق تقسيم اسطح التصميم لمساحات من المثلثات لينتج مجسم تام المعالم.

إعداد وتقطيع المجسمات :

التخطيط/ الإصلاح/الدعم : بمجرد تصدير الملفات STL  للطباعة، يجب أن تكون مستعدة للطباعة. ويجب أن تكون الشبكة محكمة أي أن سطحها لا يمكن أن يكون فيه ثقوب. يمكن أن تحدث أخطاء هندسية أخرى من شأنها أن تؤدي إلى طباعة فاشلة، لذلك يجب استخدام برنامج أخر (مثل Meshmixer or Print Studio) ، والتي من شأنها التفحص الأخطاء وتصحيحها. في برنامج الإعداد، يمكنك أيضا إضافة نماذج إضافية، و التحكم بتوجيه النموذج والحجم ووضع النماذج في مكان للطباعة ثلاثية الأبعاد. ويمكن أيضا أن تستخدم برمجيات التحضير لإنشاء هياكل دعم للطباعة ثلاثية الأبعاد.

تقطيع المجسم : بمجرد وضع النموذج ويكون جاهز للطباعة، يجب أن يتم تقطيعه للطباعة ثلاثية الأبعاد الخاصة. تتم هذه العملية عن طريق استخدامها بعض البرامج المسؤولة عن عملية تقطيع المجسمات وإذا كانت قوية بما فيه الكفاية يمكنك تجنب برامج الإعداد . كما ان برنامج التقطيع تقوم بإنشاء ملفات ذو ملكية G-CODE  للطابعة ثلاثية الأبعاد لتشغيل المهمة .

الطباعة ثلاثية الأبعاد:

مع ملف  G-Code  تكون على استعداد لتشغيل مهمة لإنشاء المجسمات ثلاثية الأبعاد. وهذا ليس عملية ذو خطوة واحدة. يجب أن تكون الآلة معدة مسبقا، فيجب التأكد من إعداد منصة البناء ويجب معايرة درجة الحرارة ومعدل التغذية وسرعة الطارد معا بعناية لتحقيق النتيجة المرجوة.