محتويات
? الطباعة
? الطباعة ثلاثية الأبعاد
? مميزات تقنية الطابعة ثلاثية الأبعاد
? الطابعة ثلاثية الأبعاد في الطب
? الطابعة ثلاثية الأبعاد في الهندسة
الطباعة

الطابعة هي عبارة عن أداة ميكانيكية تعتمد مبدأ الضغط على سطح محبّر لنقل الحبر إلى الورق أو القماش، وبدأت الطباعة باستخدام قوالب خشبية في شرق آسيا، في عهد أسرة تانغ الصينية في القرن الثامن الميلادي، وفي حوالي العام 1440م في أوروبا، قام الألماني جوهانس غوتينبرغ -مخترع الطابعة- بإحداث ثورة في عالم الطباعة، عندما ابتكر مصفوفات الطباعة المعدنية المقولبة، مما أدى إلى خفض تكلفة طباعة الكتب والمستندات في أوروبا بشكل كبير، تلتها تطورات كبيرة طرأت على عالم الطباعة، وصولًا إلى طابعات الليزر، وظهور الطابعة ثلاثية الأبعاد، ومميزات تقنية الطابعة ثلاثية الأبعاد التي جعلتها تدخل قطاعات مختلفة.

الطباعة ثلاثية الأبعاد

اخترع تشارلز هول أول طابعة ثلاثية الأبعاد في العام 1984م، وتم استخدامها من قبل المصنعين لبناء نماذج أولية من المنتجات المختلفة طوال عشرين عامًا، عن طريق تسليط أشعة كهرومغناطيسية على مادة بوليمر حساسة للأشعة فوق البنفسجية، لتقويتها وتشكيلها، وقد ظلت هذه التقنية غير معروفة لغالبية العامة حتى العقد الثاني من القرن الحادي والعشرين، بعد تمويل الحكومة الأمريكية للشركات الناشئة، التي أحدثت موجة غير مسبوقة في عالم الطباعة ثلاثية الأبعاد.

في عهد الرئيس باراك أوباما تم إنشاء المعهد الوطني للابتكار بالتصنيع، في العام 2012م، والتي عملت كمظلة لتطوير مميزات تقنية الطابعة ثلاثية الأبعاد، وأدت إلى انتشارها الواسع في قطاعات التعليم والصناعة، والفضاء وصناعة الطعام وحتى المجالات العسكرية، وجعلت هذه التقنية رخيصة نسبيًا، تكلف بضعة مئات عوضًا عن الآلاف من الدولارات.

مميزات تقنية الطابعة ثلاثية الأبعاد

تشبه الطابعة ثلاثية الأبعاد طابعة نفث الحبر التي يتم تشغيلها بواسطة الحاسوب، وتقوم ببناء طبقة واحدة للنموذج ثلاثي الأبعاد في كل مرة، من الأسفل إلى الأعلى، عن طريق تكرار الطباعة على نفس المنطقة، باستخدام تقنية التصنيع بالخيوط المنصهرة، وتعمل الطابعة بشكل أتوماتيكي بالكامل، وتقوم بإنشاء نموذج خلال عدة ساعات، من خلال تحويل تصاميم برامج حاسوبية ثلاثية الأبعاد مثل برنامج الأوتوكاد، إلى الكثير من الطبقات ثنائية الأبعاد، وتقوم بفعالية بطباعتين منفصلتين توضع إحداهما فوق الأخرى، ولكن بدلًا من استخدام الحبر يتم استخدام طبقات من البلاستيك المذاب أو أي من المواد المنصهرة، وتدمجها معًا باستخدام الأشعة فوق البنفسجية.

من أهم مميزات تقنية الطابعة ثلاثية الأبعاد، أنّها أسرع بعشرة أضعاف من الوسائل الأخرى، وتكلفتها أقل بكثير وتقدم مزايا كبيرة للأشخاص الذين يحتاجون نماذج أولية خلال ساعات بدلًا من أيام، وبالرغم من أنّها لا تزال باهظة الثمن، إلا أنّ كلفتها تعد بسيطة مقارنة بأجهزة متطورة تقوم بنفس وظائفها لكن بشكل أكثر تقنية، ويمكن استخدام مواد مختلفة لعمل نماذج بواسطتها، إضافة إلى البلاستيك، شريطة أن تكون مذابة، ولها قدرة على التصلّب بوقت قصير، وقد تم طباعة نماذج ثلاثية الأبعاد باستخدام الشوكولاتة الذائبة، كما أنّها سهلة الاستخدام وصغيرة الحجم وآمنة مما جعلها موثوقة للاستخدام في المجالات التعليمية والطبية والهندسية وغيرها.


 

على الجانب الآخر من مميزات تقنية الطابعة ثلاثية الأبعاد، هناك بعض السلبيات لهذه التقنية، فالنماذج التي تنتجها عادة، تكون أقل إتقانًا من النماذج التي تنتجها آلات إنتاج النماذج السريعة RP الأكثر تطورًا، وكذلك محدودية المواد المستخدمة للطباعة، وقلّة الألوان الناتجة، إضافة إلى إنتاجها نماذج تعد أولية أو تصورات تقريبية للمنتج المطلوب.

الطابعة ثلاثية الأبعاد في الطب

إنّ من أهم مميزات تقنية الطابعة ثلاثية الأبعاد هي استخدامها في المجال الطبي، وتعد أكبر ميزة توفرها هذه الطابعات في المجال الطبي، هي توفير منتجات ومعدات طبية حسب الطلب، بأبعاد وقياسات ومواصفات تناسب حالة المرضى، وتسهّل عمل الأطباء ، حيث تسرع عملية التعافي للمريض، وتختصر وقت العمليات الجراحية، إضافة إلى التكلفة المنخفضة وسرعة العملية الإنتاجية لهذه العناصر باستخدام الطابعة ثلاثية الأبعاد، وميزات عدة مثل الدقة والموثوقية وحرية اختيار منتجات مختلفة بتصميمات شخصية مما يتيح لعدد أكبر من الناس للاستفادة منها.

طبقت هذه التقنية في الطب منذ أوائل العقد الأول من القرن الحادي والعشرين، عندما استخدمت في صناعة الأسنان والأطراف الصناعية، وتطورت التطبيقات الطبية المعتمدة على الطابعة ثلاثية الأبعاد بشكل كبير، فقد استخدمت لإنتاج العظام والأذنين والهياكل الخارجية والقصبات الهوائية، عظام الفك والخلايا الجذعية والأوعية الدموية والأعضاء، والشبكات الوعائية والأنسجة، إضافة إلى النظارات وأشكال مختلفة من الجرعات الدوائية.

كما يعتمد نوع الطابعة ثلاثية الأبعاد التي يتم اختيارها للتطبيقات الطبية المختلفة، على المواد المستخدمة وكيفية ترابط الطبقات في النماذج النهائية، قد تكون طابعات قائمة على الليزر أو نفث الحبر، وتعتبر الطباعة الحيوية القائمة على أساس نفث الحبر هي الأكثر شيوعًا، حيث تودع قطرات من الخلايا الحية أو المواد الحيوية، وفقًا لتعليمات رقمية محددة لإنتاج الأنسجة والأعضاء البشرية.

الطابعة ثلاثية الأبعاد في الهندسة

كما أنّ من مميزات تقنية الطابعة ثلاثية الأبعاد استخداماتها في كل من التصميم وإنشاء المباني،، فقد تم توظيفها لتصنيع مكونات البناء، وتشمل أساليب الطباعة الثلاثية الأبعاد المستخدمة في البناء ما يأتي: البثق الذ يستعمل مع مواد مثل الخرسانة والإسمنت والشمع والرغوة والبوليمرات، والتقنية الأخرى هي الدمج التي تُستخدم مع المساحيق المختلفة عن طريق ضغطها لتحويلها إلى مواد صلبة، أما التقنية الثالثة فهي اللحام عن طريق صهر المواد المختلفة وإلصاقها معًا، ومن أهم مزايا هذه التقنيات توفيرها للوقت، وخفض تكاليف الأيدي العاملة وزيادة الدقة في العمل المنجز، إضافة إلى تقليل النفايات الناتجة.

ولقد تم استخدام هذه التقنيات المختلفة لإنتاج المباني ومكونات البناء داخل الموقع وخارجه، باستخدام الروبوتات الصناعية وأنظمة القنطرة العملاقة، والعربات ذاتية التحكم، وشهدت هذه التكنولوجيا انتشارًا واسعًا من قبل الشركات البارزة في صناعات البناء، مما أدّى إلى إنجاز العديد من المعالم المهمة باستخدام مميزات تقنية الطابعة ثلاثية الأبعاد، مثل أول جسر مطبوع ثلاثي الأبعاد، وأول مبنى مطبوع ثلاثي الأبعاد في أوروبا معتمد بالكامل من قبل السلطات.