أساسيات الطباعة ثلاثية الأبعاد: أنواع الطابعة ثلاثية الأبعاد

لا تعمل الطباعة ثلاثية الأبعاد تمامًا مثل الطباعة العادية - بينما عندما يتعلق الأمر بالحبر على الورق ، فإن أي آلة تستخدم الورق والحبر ستفي بالغرض ، فإن الطباعة ثلاثية الأبعاد أكثر تحديدًا. ليست كل طابعة ، أو حتى كل نوع من الطابعات مناسبًا لكل نوع أو مشروع خيطي - ستحتاج إلى إجراء البحث قبل اختيار طابعة للتأكد من حصولك على النوع المناسب لاحتياجاتك.

فيما يلي ملخص لبعض أكثر أنواع الطابعات ثلاثية الأبعاد شيوعًا التي يمكنك العثور عليها. إنها ليست قائمة شاملة ، ولكن هذه هي القائمة التي يحتاج عشاق الطباعة ثلاثية الأبعاد الناشئين إلى معرفتها!

جيش تحرير السودان

كانت SLA أو الطباعة الحجرية المجسمة أول نوع من الطباعة ثلاثية الأبعاد على الإطلاق. تم إنشاؤها في عام 1986 بواسطة Chuck Hall ، وهي تستخدم تقنية طباعة تسمى Vat Polymerisation - وهي تستخدم علكة فوتوبوليمير تتعرض لمصدر ضوئي. يعتبر هذا النوع من الطابعات مثاليًا للأسطح الملساء والمستويات العالية من التفاصيل في المشروعات المطبوعة.

إنه ليس مخصصًا للمبتدئين وله استخدامات كثيرة في الطب ، حيث يتم استخدامه لطباعة النماذج التشريحية وكذلك الموائع الدقيقة. تستخدم الطابعة مرايا متعددة مرتبة لتوجيه عمود الليزر عبر اللثة المستخدمة كخيط ، بحيث يمكنها تشكيل الطبقات المختلفة في منطقة التشكيل.

الدقة والسرعة عاملان أساسيان ، ويتم إنشاء مشاريع الطباعة ثلاثية الأبعاد من القاعدة إلى أعلى. بالإضافة إلى الاستخدامات المذكورة في الطب ، فإن تقنية الطباعة هذه مفيدة أيضًا في صناعة الطيران وصناعة السيارات. تتضمن الطابعات من هذا النوع ProJets و Vipers.

SLS

تلبيد الليزر المحدد أو SLS يعمل على تنعيم مساحيق النايلون وتحويلها إلى بنية بلاستيكية صلبة. المواد المستخدمة عبارة عن لدائن حرارية ، مما يعني أن النتائج صعبة ومناسبة للاستخدامات الإضافية وذات التأثير العالي. التقنية المستخدمة تسمى Power bed fusion. سيتم تسخين اللدائن الحرارية حتى قبل أن تذوب مباشرة ثم توضع في طبقات في مرحلة التشكيل. يتم استخدام الليزر لتلبيد المسحوق المكدس في طبقة صلبة صلبة - وعندما يكون المقطع العرضي كاملة ، تنخفض المرحلة بارتفاع تلك الطبقة ، ويضاف المزيد من المسحوق ، ويشتعلها الليزر مرة أخرى إلى صلب.

المسحوق الزائد الذي يتم إضافته ولكن غير متكلس يعمل كنوع من المواد الداعمة التي ستسقط في النهاية. ليست هناك حاجة إلى هياكل الدعم بسبب هذا. الميزة الرئيسية لـ SLS هي أنها تخلق خصائص ميكانيكية رائعة ، مع وجود عيب في فترات التسليم الأطول من الأنواع الأخرى من الطابعات. تشمل الأمثلة Sinterit Lisa و Formlabs Fuse 1 و Sharebot SnowWhite 2.

FDM / FFF

تعد نمذجة الترسيب المنصهر وتصنيع الفتيل المنصهر أنواعًا متشابهة من الطابعات. يطردون طبقة من الألياف البلاستيكية طبقة تلو الأخرى إلى مرحلة التشكيل. بهذه الطريقة ، يمكن إنشاء نماذج كاملة بسرعة وكفاءة نسبيًا. تميل الأسطح المُنشأة إلى أن تكون غير ناعمة ، كما أن النماذج الناتجة عادةً ما تكون غير قوية جدًا. بمعنى آخر ، يمكن أن يكون الاستخدام الفعلي للأجزاء المطبوعة محدودًا إلى حد ما. على الرغم من ذلك ، يعد هذا النوع من الطابعات خيارًا رائعًا للمبتدئين لأنه سهل التجربة وسهل الاستخدام إلى حد ما.

ومع ذلك ، يمكن أن يكون هذا النوع من الطابعات من أكثر الطابعات ذات التكلفة المعقولة للطابعات ذات الميزانية المحدودة. يتم تمرير بكرة من الفتيل في الطابعة ثم يتم دفعها عبر صنبور مسخن. أكثر المواد المستخدمة شيوعًا هي PLA و ABS و PET ، لكن البعض الآخر يعمل أيضًا ، اعتمادًا على الفوهة المستخدمة.

يتحرك رأس الطابعة على طول المحاور المحددة ، ويوزع طبقة البلاستيك المسال بطبقة. عند اكتمال الطبقة ، يتم تشغيل الطبقة التالية حتى يكتمل الكائن. من أفضل الاستخدامات لهذه التقنية التركيبات والأغلفة ، لكن FFF و FDM مناسبان أيضًا لجميع أنواع مشاريع الطباعة الصغيرة.

تشتمل طرز الطابعة على Snapmaker و Ultimaker ، بالإضافة إلى الكثير من الطابعات الأخرى. نظرًا لمدى انتشار هذا النوع من الطابعات الآن ، هناك الكثير من الطرز المختلفة في جميع نطاقات الأسعار.

DLP

تشبه معالجة الضوء الرقمي إلى حد ما طباعة SLA. إنها تطبع بشكل أسرع وتكشف الطبقات في نفس الوقت بدلاً من القيام بذلك في أجزاء عرضية باستخدام الليزر. SLA و DLP لهما أغراض استخدام متشابهة وهما نماذج من نوع التسريب. على عكس FFF ، فإن الأسطح ناعمة وبالتالي يمكن للمشاريع أن تجد تطبيقات في أشياء مثل تطبيقات طب الأسنان.

على الجانب الآخر ، فإن مطبوعات DLP ضعيفة إلى حد ما. لا تكون مفيدة عادةً للأجزاء الميكانيكية أو أي شيء يتطلب ثباتًا معينًا. بالنسبة للاختلافات بين SLA و DLP - حيث يستخدم الأول الليزر لرسم الأشكال الدائرية ، يستخدم DLP ملف شاشة لعرض وحدات البكسل المربعة بحجم أدنى معين من أجل إنشاء الأشكال الموجودة مطبوعة.

تتضمن الطابعات من هذا النوع Micromake L2 و SprintRay Moonray و Anycubic Photon S.

MJF

تجمع طابعات Multi Jet Fusion الأجزاء من مسحوق النايلون. بدلاً من الليزر (كما هو الحال في طباعة SLS) ، يتم استخدام مجموعة نفث الحبر لتطبيق الحرارة لإذابة المسحوق. والنتيجة هي خصائص ميكانيكية أكثر استقرارًا ويمكن التنبؤ بها ، فضلاً عن نتائج سطح أفضل.

تؤدي أوقات التصنيع الأسرع التي توفرها هذه التقنية أيضًا إلى انخفاض تكاليف الإنشاء بشكل عام. ينفث رأس الطباعة مئات القطرات الصغيرة من فوتوبوليمير التي يتم معالجتها وتصلبها لاحقًا في ضوء الأشعة فوق البنفسجية. عندما يتم علاج الطبقة ، يتم تطبيق الطبقة التالية حتى يكتمل الكائن.

تحتاج هذه التقنية إلى مادة مساعدة يتم إخراجها في مرحلة ما بعد المعالجة. في حين أن هذا يمكن أن يمثل بعض الصعوبات ، فإن MJF هي إحدى التقنيات الوحيدة التي تسمح للطابعات بإنتاج كائنات متعددة في سطر واحد دون التضحية بأي من سرعة الإنشاء. يمكنه أيضًا إنتاج أشياء باستخدام مواد مختلفة وبنبرة كاملة. هذا يعني أنه عند الترتيب الأمثل ، يمكن لـ MJF إنتاج أجزاء صغيرة متطابقة بشكل كبير بشكل أسرع من أي نوع طابعة آخر. تتضمن الطابعات من هذا النوع سلسلة HP Jet Fusion.

بولي جيت

تنتج طابعات PolyJet أجزاءً ناعمة ودقيقة مناسبة لمجموعة متنوعة من الأشياء. إنها توفر دقة طبقة مجهرية ويمكن أن تنتج كلاً من الجدران الرقيقة والعناصر المعقدة حيث يمكنها العمل معها أكبر مجموعة متنوعة من المواد من أي طابعة ثلاثية الأبعاد (بشرط أن تكون مجهزة بالفوهة / السرير المناسب بالطبع). يمكن استخدام مطبوعات PolyJet لإنشاء تركيبات وقوالب وأدوات تصنيع متنوعة.

توجد مجموعة متنوعة من طرز الطابعات خصيصًا للاستخدام في أعمال طب الأسنان - لمختبرات الأسنان وطباعة الأسنان. إن المطبوعات السريعة وعالية الجودة الناتجة عن هذه التقنية تجعلها خيارًا رائعًا لهذا النوع من الاستخدام الطبي. تعمل هذه الطابعات باستخدام عدة رؤوس نفث - حيث تقوم بإيداع طبقة من مواد البناء عن طريق الانزلاق على طول المحور. يساهم كل رأس بكميات مختلفة في مناطق مختلفة من أجل إنشاء أي شكل قد يكون لتلك الطبقة. تتميز الإعدادات الأكثر شيوعًا لهذه الطابعات برأس طباعة متعدد الفوهات بنمط نفث الحبر.

يتم وميض المواد الموزعة وتقويتها بواسطة طبقة فوق بنفسجية قبل أن تتحرك الطابعة على طول - يسقط النظام الأساسي طبقة ، وتتم إضافة الطبقة التالية. لا يتم تخزين المواد الخام والشعيرات في مكبات ولكن في خراطيش يتم توصيلها بالفوهات ، على عكس الطابعة النافثة للحبر العادية. تتضمن الطابعات من هذا النوع سلسلة Connex 3 و Objet30 و J5 DentaJet.

DMLS

طابعات DMLS لها تطبيق أساسي واحد - طباعة الأشياء القائمة على المعدن. باستخدام الإضافات ذات الأساس المعدني ، فإن DMLS هي الآلات القياسية لأي نوع من المطبوعات ثلاثية الأبعاد التي تتضمن خيوط MF. في حين أن بعض الطابعات الأخرى قادرة على التعامل مع المواد أيضًا ، فإن طابعات DMLS جيدة بشكل خاص في إنشاء أجزاء موحدة ذات صفات مماثلة للأشياء التي تم إخراجها من المعدن "العادي".

DMLS هي اختصار لـ Direct Metal Laser Sintering ، وهذه هي الطريقة التي تعمل بها بالضبط - فهي تستخدم ملف ليزر عالي الطاقة لإذابة طبقات المسحوق من المعدن والبلاستيك قبل تقويتها مرة أخرى لتكوينها المشروع. إنه يعمل بشكل مشابه لكيفية اللحام أو اللحام باستخدام ليزر دقيق للغاية ، ولكنه أسرع وأكثر دقة بكثير مما يمكن أن تأمله الأيدي البشرية.

هذه الطابعات معقدة إلى حد ما لاستخدامها وتتطلب / تستخدم بعض العناصر غير التقليدية (مثل الأرجون عادة حجرة بناء مملوءة بالغاز) وبالتالي فهي غير مناسبة للمبتدئين على الإطلاق - خاصةً إذا أخذنا في الاعتبار أنها مؤلمة أسعار عالية. ومع ذلك ، يمكنهم العمل مع العديد من السبائك والمعادن ، بما في ذلك الفولاذ والتيتانيوم والنيكل والكوبالت والنحاس. تشتمل طرز طابعات DMLS على EOS M 290 و FormUp 350.

EBM

ذوبان شعاع الإلكترون هو نوع من طباعة صهر طبقة المسحوق. يستخدم شعاعًا إلكترونيًا بدلاً من الليزر النموذجي لدمج الجسيمات وبناء الجزء. إنه يخلق هياكل ثابتة ومقاومة بشكل لا يصدق عن طريق دمج المعدن بالمعدن. حاليًا ، يتم استخدام هذه التقنية وتصنيعها بواسطة شركة واحدة فقط - GE Additive.

مقارنة بالطابعات الأخرى التي تستخدم الليزر كمصدر للحرارة ، تستخدم طابعات EBM مسدسًا إلكترونيًا لاستخراج الإلكترونات من خيوط فولاذية من التنجستن في الفراغ ، على سبيل المثال. ثم يتم تسريعها وإسقاطها على المسحوق المعدني الذي يتم ترسيبه لكل طبقة.

عند طباعة المشروع ، تتم إزالة المساحيق الزائدة بمسدس النفخ. نظرًا لأن العملية برمتها تحدث تحت فراغ ، فإن الأجزاء والمسحوق لا تتأكسد أثناء استخدامها - وعند الانتهاء من الطباعة ، يمكن استخدام كمية جيدة من المسحوق غير المستخدم مباشرة. هذا يختلف عن معظم تقنيات الطباعة الأخرى ، ويقلل بشكل كبير من تكلفة الطباعة ، حيث يمكن أن تصبح المواد باهظة الثمن ، خاصة عندما يتعلق الأمر بالخيوط المعدنية.

بالمقارنة مع طابعات شعاع الليزر ، تتميز طابعات شعاع الإلكترون بالسرعة ، ولكنها تعاني قليلاً فيما يتعلق بالدقة والحد الأقصى لحجم جزء الإنتاج. نظرًا لأن الشعاع أوسع من الليزر ، فإن بعض الأشياء الممكنة باستخدام الليزر لا يمكن إجراؤها في طابعة EBM. نظرًا للعدد المحدود لنماذج الطابعات المتاحة ، هناك أيضًا قيود على أحجام الأجزاء - يمكن بسهولة أن يكون حجم تصنيع طابعة ليزر ضعف حجم نموذج EBM قابل للمقارنة.