الطباعة ثلاثية الأبعاد: واحدة من أكثر تقنيات التصنيع النانوفي الثورية في القرن الحادي والعشرين

عندما سمعت لأول مرة عبارة "الطباعة ثلاثية الأبعاد"، هل تخيلت تقنية مستقبلية فائقة تظهر في كثير من الأحيان في أفلام الخيال العلمي؟ ومع ذلك ، صدقوا أو لا تصدقوا ، وقد تم الطباعة ثلاثية الأبعاد حولها لمدة 40 عاما تقريبا.

الطباعة ثلاثية الأبعاد (ثلاثية الأبعاد) هي عملية تصنيع مضافة تخلق كائنا ماديا من تصميم رقمي. تعمل العملية عن طريق وضع طبقات رقيقة من المواد في شكل سائل أو مسحوق بلاستيكي أو معدني أو أسمنت ، ثم دمج الطبقات معا.

هنا هو سريع 3D الطباعة الجدول الزمني من 1940s إلى اليوم.

الأربعينات: مفهوم

في الواقع ، وجدت الطباعة ثلاثية الأبعاد في المفهوم منذ عام 1945 - أوضح موراي لينستر المصطلح في قصته القصيرة عام 1945 Things Pass By ، "ولكن هذا المنشئ فعال ومرن على حد سواء. أنا تغذية البلاستيك المغناطيسي - الاشياء التي تجعل المنازل والسفن في الوقت الحاضر - في هذا الذراع المتحركة. فإنه يجعل الرسومات في الهواء بعد الرسومات التي يمسح مع خلايا الصور. ولكن البلاستيك يخرج من نهاية ذراع الرسم وتصلب لأنها تأتي ... بعد الرسومات فقط."

الثمانينات: الولادة

يمكن إرجاع التكرارات الموثقة الأولى للطباعة ثلاثية الأبعاد إلى أوائل الثمانينيات في اليابان. وفي عام 1981، نشر الدكتور هيديو كوداما في معهد البحوث الصناعية ببلدية ناغويا تفاصيل تتعلق بتقنية "النماذج الأولية السريعة". كان هذا البحث أول قطعة من الأدب تصف نهج طبقة تلو طبقة الجوهرية جدا للطباعة ثلاثية الأبعاد. وشملت أبحاثه طباعة أجهزة التصوير الضوئي باستخدام طريقة سبقت التصوير المجسم، وتحدث أيضا عن شرائح مقطعية من الطبقات التي تقع فوق بعضها البعض لتشكيل الكائن ثلاثي الأبعاد. ومع ذلك ، لم يحقق الدكتور كوداما طلب البراءة قبل الموعد النهائي ولم يمنح براءة الاختراع.

وبعد بضع سنوات، كان ثلاثة من المهندسين الفرنسيين آلان لو ميهاوت، وأوليفييه دي ويت، وجان كلود أندريهاس يسعون إلى إنشاء آلة النماذج الأولية السريعة. وبدلا من الراتنج، سعوا إلى إنشاء نظام يشفي مونومرات السائلة إلى المواد الصلبة باستخدام الليزر. قدموا براءة اختراع لعملية التصوير المجسم ، لكنهم تخلوا بسبب عدم وجود منظور تجاري.

كان تشاك هال الذي بنى في الواقع أول طابعة ثلاثية الأبعاد. وقدم أول براءة اختراع للتصوير الستيروليثوغرافي (SLA) في عام 1986، وأسس شركة الأنظمة ثلاثية الأبعاد، وفي عام 1988، أصدر SLA-1، وهو أول منتج تجاري لها. جعلت هذه الآلة من الممكن لتصنيع أجزاء معقدة، طبقة طبقة، في جزء صغير من الوقت الذي يستغرقه عادة. ذهب هال إلى ملف أكثر من 60 براءة اختراع حول التكنولوجيا ، ليصبح عراب حركة النماذج الأولية السريعة واختراع تنسيق ملف STL الذي لا يزال قيد الاستخدام حتى اليوم.

لم تكن SLA عملية التصنيع المضافة الوحيدة التي يتم استكشافها خلال هذا الوقت. في عام 1988، في جامعة تكساس، جلب كارل ديكارد براءة اختراع لتكنولوجيا SLS، وهي تقنية طباعة ثلاثية الأبعاد أخرى يتم فيها دمج حبوب المسحوق معا محليا بواسطة الليزر. في غضون ذلك ، تنصهر ترسب النمذجة (FDM) كما حصل على براءة اختراع من قبل سكوت كرومب. تضمنت الطريقة صهر خيوط البوليمر وإيداعها على ركيزة ، طبقة تلو الأخرى ، لإنشاء كائن ثلاثي الأبعاد.

1990- 2000: النمو

في التسعينيات، بدأت العديد من الشركات والشركات الناشئة في الظهور وتجربة تقنيات التصنيع المضافة المختلفة. خلال هذا الوقت، كانت الآلات مختلفة جدا عن تلك التي نستخدمها الآن. كان من الصعب استخدامها ، ومكلفة ، والعديد من المطبوعات النهائية تتطلب الكثير من المعالجة اللاحقة.

في عام 2004، أسس الدكتور أدريان بوير، وهو محاضر أول في الهندسة الميكانيكية في جامعة باث في المملكة المتحدة، مشروع RepRap. وهو مشروع مفتوح المصدر يهدف إلى بناء طابعة ثلاثية الأبعاد يمكنها طباعة معظم أجزائها. كانت الفكرة وراء ذلك هي إضفاء الطابع الديمقراطي على الطباعة ثلاثية الأبعاد من خلال إتاحة التكنولوجيا للناس في جميع أنحاء العالم.

كان عام 2009 هو العام الذي وقعت فيه براءات الاختراع FDM في الملك العام ، مما فتح الطريق أمام موجة واسعة من الابتكار في الطابعات ثلاثية الأبعاد FDM ، وانخفاض سعر الطابعات ثلاثية الأبعاد المكتبية ، وبالتالي ، نظرا لأن التكنولوجيا كانت أكثر سهولة ، زيادة الرؤية.

الطباعة ثلاثية الأبعاد الآن: رئيس الوزراء

اليوم، بدأت أسعار الطابعات ثلاثية الأبعاد في الانخفاض، مما جعلها متاحة لعامة الناس. جنبا إلى جنب مع خفض الأسعار، كما زادت نوعية وسهولة الطباعة.

يتم استخدام الطباعة ثلاثية الأبعاد في مجموعة متنوعة من الحقول. قاد العلماء في جامعة ساوثهامبتون أول طائرة بدون طيار مطبوعة ثلاثية الأبعاد في العالم؛ صناع سيارة مطبوعة ثلاثية الأبعاد وصلت إلى 200 ميلا في الغالون مع محرك هجين الغاز / الكهربائية; و شركة ناشئة متخصصة في بناء هياكل المعيشة البيئية جاء مع الموائل الروبوت الصنع مناسبة للعيش على سطح المريخ.

تحدث الاختراقات في الطباعة ثلاثية الأبعاد بشكل أسرع من أي وقت مضى. إنه تأثير هائل وإمكانات كبيرة تغير حياتنا.