3D الطباعة ، في كامل الطباعة ثلاثية الأبعاد، في التصنيع ، أي من العمليات العديدة لتصنيع الأجسام ثلاثية الأبعاد عن طريق وضع طبقات متقاطعة ثنائية الأبعاد على التوالي ، واحدة فوق الأخرى. تشبه العملية اندماج الحبر أو مسحوق الحبر على الورق في الطابعة (ومن ثم مصطلح الطباعة) ولكنها في الواقع تصلب سائل أو مسحوق في كل بقعة في المقطع العرضي الأفقي حيث تكون المادة الصلبة مرغوبة. في حالة الطباعة ثلاثية الأبعاد ، يتم تكرار الطبقة مئات أو آلاف المرات حتى يتم الانتهاء من الكائن بأكمله خلال أبعاده الرأسية. في كثير من الأحيان ، يتم استخدام الطباعة ثلاثية الأبعاد في تحويل النماذج الأولية البلاستيكية أو المعدنية بسرعة أثناء تصميم الأجزاء الجديدة ، على الرغم من أنه يمكن استخدامها أيضًا في صنع المنتجات النهائية للبيع للعملاء. تتراوح الأشياء المصنوعة في الطباعة ثلاثية الأبعاد من التماثيل البلاستيكية وأنماط القالب إلى أجزاء آلة الصلب والغرسات الجراحية التيتانيوم. يمكن وضع جهاز طباعة ثلاثي الأبعاد بالكامل في خزانة تقريبًا بحجم موقد مطبخ كبير أو ثلاجة.
الطباعة: طباعة ثلاثية الأبعاد (1960s)
في ستينيات القرن الماضي ، تم تطوير طباعة ثلاثية الأبعاد ، وهي في الأساس عبارة عن رسم توضيحي يشتمل على مشاهدتين متراكبتين من نفس الصورة التي تم التقاطها
حدد مصطلح الطباعة ثلاثية الأبعاد في الأصل عملية محددة حاصلة على براءة اختراع باسم 3DP من قبل العلماء في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT) في عام 1993 ومرخصة للعديد من الشركات المصنعة. اليوم يستخدم المصطلح كعلامة عامة لعدد من العمليات ذات الصلة. يعتبر التصميم بمساعدة الكمبيوتر أو CAD أمرًا محوريًا بالنسبة لهم. باستخدام برامج CAD ، يقوم المهندسون بتطوير نموذج كمبيوتر ثلاثي الأبعاد للكائن الذي سيتم بناؤه. يُترجم هذا النموذج إلى سلسلة "شرائح" ثنائية الأبعاد للكائن ثم إلى تعليمات تخبر الطابعة بالضبط بمكان ترسيخ مادة البداية على كل شريحة متتالية.
في معظم العمليات ، تكون مادة البدء عبارة عن مسحوق ناعم من البلاستيك أو المعدن. عادة ، يتم تخزين المسحوق في خراطيش أو أسرة يتم صرفها منه بكميات صغيرة وينتشر بواسطة بكرة أو شفرة في طبقة رقيقة للغاية (عادة فقط سمك حبيبات المسحوق ، والتي يمكن أن تكون صغيرة مثل 20 ميكرومتر ، أو 0.0008 بوصة) فوق السرير حيث يتم بناء الجزء. في عملية 3DP الخاصة بمعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ، يتم تمرير هذه الطبقة بواسطة جهاز مشابه لرأس طابعة نافثة للحبر. تقوم مجموعة من الفتحات برش عامل ربط في نمط يحدده برنامج الكمبيوتر ، ثم تنتشر طبقة جديدة من المسحوق على منطقة البناء بأكملها ، وتتكرر العملية. عند كل تكرار يتم تخفيض طبقة البناء عن طريق سمك طبقة المسحوق الجديدة بدقة. عند اكتمال العملية ، يتم سحب الجزء المدمج ، المضمن في مسحوق غير مدمج ، وتنظيفه ، وأحيانًا من خلال بعض خطوات الانتهاء بعد المعالجة.
تتكون عملية 3DP الأصلية بشكل أساسي من نماذج خشنة من البلاستيك والسيراميك وحتى الجص ، ولكن الاختلافات اللاحقة استخدمت مسحوقًا معدنيًا أيضًا وأنتجت أجزاء أكثر دقة وأكثر متانة. تسمى العملية ذات الصلة التلبيد بالليزر الانتقائي (SLS) ؛ هنا يتم استبدال رأس الفوهة والموثق السائل بأشعة الليزر الموجهة بدقة والتي تقوم بتسخين المسحوق بحيث يبعث أو يذوب جزئيًا ويصهر في المناطق المرغوبة. بشكل نموذجي ، يعمل SLS إما مع مسحوق بلاستيكي أو مسحوق معادن مجتمعة ؛ في الحالة الأخيرة ، قد يلزم تسخين الجسم المركب في الفرن لمزيد من التصلب ومن ثم تشكيله وصقله. يمكن التقليل من خطوات ما بعد المعالجة هذه في تلبيد الليزر المعدني المباشر (DMLS) ، حيث يدمج الليزر عالي الطاقة مسحوقًا معدنيًا ناعمًا في جزء أكثر صلابة ومنتهي بدون استخدام مادة رابطة. هناك اختلاف آخر هو ذوبان الشعاع الإلكتروني (EBM) ؛ هنا يتم استبدال جهاز الليزر بمسدس إلكترون ، والذي يركز شعاعًا قويًا مشحونًا كهربائيًا على المسحوق في ظروف فراغ. يمكن لعمليات تصنيع DMLS و EBM الأكثر تقدمًا أن تصنع منتجات نهائية من سبائك الصلب المتقدمة والتيتانيوم وسبائك الكوبالت والكروم.
تعمل العديد من العمليات الأخرى على مبدأ بناء 3DP و SLS و DMLS و EBM. يستخدم البعض ترتيبات الفوهة لتوجيه مادة البدء (إما مسحوق أو سائل) فقط إلى مناطق البناء المحددة ، بحيث لا يتم غمر الجسم في طبقة من المادة. من ناحية أخرى ، في عملية تعرف باسم الطباعة الحجرية المجسمة (SLA) ، تنتشر طبقة رقيقة من سائل البوليمر بدلاً من المسحوق فوق منطقة البناء ، ويتم دمج مناطق الأجزاء المحددة بواسطة شعاع ليزر فوق بنفسجي. يتم استرداد الجزء البلاستيكي المدمج ووضعه من خلال خطوات ما بعد المعالجة.
جميع عمليات الطباعة ثلاثية الأبعاد تسمى ما يسمى التصنيع الإضافي ، أو التصنيع الإضافي ، العمليات - تلك التي تبني الأشياء بالتسلسل ، بدلاً من صبها أو صبها في خطوة واحدة (عملية الدمج) أو قطعها وتصنيعها من كتلة صلبة (عملية طرح). على هذا النحو ، تعتبر أنها تتمتع بالعديد من المزايا على التصنيع التقليدي ، وأهمها غياب الأدوات باهظة الثمن المستخدمة في عمليات الصب والطحن ؛ القدرة على إنتاج أجزاء معقدة ومخصصة في غضون مهلة قصيرة ؛ وتوليد كميات أقل من النفايات. من ناحية أخرى ، لديهم أيضا العديد من العيوب. وتشمل هذه معدلات إنتاج منخفضة ، ودقة أقل وتلميعًا سطحيًا من الأجزاء المجهزة ، ومجموعة محدودة نسبيًا من المواد التي يمكن معالجتها ، وقيود شديدة على حجم الأجزاء التي يمكن تصنيعها بشكل غير مكلف وبدون تشويه. لهذا السبب ، فإن السوق الرئيسي للطباعة ثلاثية الأبعاد هو ما يسمى بالنماذج الأولية السريعة - أي الإنتاج السريع للأجزاء التي سيتم إنتاجها بكميات كبيرة في نهاية المطاف في عمليات التصنيع التقليدية. ومع ذلك ، تواصل الطابعات ثلاثية الأبعاد التجارية تحسين عملياتها وإدخالها إلى أسواق المنتجات النهائية ، ويواصل الباحثون تجربة الطباعة ثلاثية الأبعاد ، وإنتاج أشياء مختلفة مثل أجسام السيارات والكتل الخرسانية ومنتجات الطعام الصالحة للأكل.
يستخدم مصطلح الطباعة الحيوية ثلاثية الأبعاد لوصف تطبيق مفاهيم الطباعة ثلاثية الأبعاد على إنتاج الكيانات البيولوجية ، مثل الأنسجة والأعضاء. يعتمد Bioprinting إلى حد كبير على تقنيات الطباعة الحالية ، مثل الطباعة النفاثة بالحبر أو الطباعة بالليزر ، ولكنه يستخدم "bioink" (معلقات الخلايا الحية ووسيط نمو الخلايا) ، والتي قد يتم تحضيرها في ماصات صغيرة أو أدوات مماثلة تعمل كخراطيش طابعة. يتم التحكم في الطباعة بعد ذلك عن طريق الكمبيوتر ، مع إيداع الخلايا في أنماط محددة على لوحات الثقافة أو الأسطح المعقمة المماثلة. تم استخدام الطباعة المستندة إلى الصمامات ، والتي تمكن من التحكم الدقيق في ترسب الخلايا والمحافظة على بقاء الخلية على قيد الحياة ، لطباعة الخلايا الجذعية الجنينية البشرية في أنماط مبرمجة مسبقًا تسهل تجميع الخلايا في الهياكل الكروية. هذه النماذج من الأنسجة البشرية التي تم إنشاؤها من خلال الطباعة الحيوية ثلاثية الأبعاد ذات فائدة خاصة في مجال الطب التجديدي.
