كيف تقوم الطابعات ثلاثية الأبعاد بتحويل كل شيء من المنازل إلى جراحة الفك

قصة موراي لينستر القصيرة الأشياء تمر، تم نشره في عام 1945 ، يتضمن ما قد يكون الوصف الأول للطابعات ثلاثية الأبعاد:

لكن هذا المنشئ فعال ومرن. أنا أطعم المواد البلاستيكية المغنطيسية – الأشياء التي يصنعونها منازل وسفن في هذه الأيام – في هذه الذراع المتحرك. إنه يجعل الرسومات في الهواء بعد الرسومات التي تقوم بمسح خلايا الصور. لكن البلاستيك يخرج من نهاية ذراع الرسم ويصلب كما يأتي … بعد الرسومات فقط.

الطابعات ثلاثية الأبعاد العملية ، أو التصنيع المضافة كما هو معروف أيضًا ، كانت موجودة منذ الثمانينيات. بعد بعض التجارب النظرية ، قام American Bill Masters بتطوير وبراءة اختراع العديد من التقنيات التي وضعت الأساس لأول طابعات ثلاثية الأبعاد. بعد 40 عامًا ، أصبحت الطابعات ثلاثية الأبعاد رخيصة للغاية وسهلة الاستخدام بحيث يمكن لأي شخص مهتم بالحصول على واحدة.

التطور السريع

لفترة طويلة ، تم استخدام التكنولوجيا فقط كوسيلة لإنشاء نماذج أولية بسرعة قبل إنتاج التصميم النهائي في عملية أكثر نضجًا وأرخص مثل صب الحقن. لفترة طويلة ، كان من الممكن أيضًا طباعة الكائنات ثلاثية الأبعاد في مواد بلاستيكية مختلفة ، ولكن في السنوات الأخيرة ، اتسعت كل من التطبيقات والمواد.

“ما رأيته هو أن الطابعات ثلاثية الأبعاد قطعت شوطًا طويلاً في السنوات الأخيرة. لقد تحسنت كل من الجهاز والبرنامج ، ولكن الأهم من ذلك أن النظام الإيكولوجي قد نضجت. يمكن للطائفين الآن التعامل مع العديد من المواد المختلفة-من PLA (نوع من البوليستر) والراتنج إلى الفولاذ ، والمواد العضوية. يقول كريس فوذرنغهام ، مطور الألعاب ورجل الأعمال الذي بدأ للتو شركة جديدة تجمع بين الطابعات ثلاثية الأبعاد ومنظمة العفو الدولية: “هناك الآن تطور حيث تنتشر الطابعات ثلاثية الأبعاد من المتخصصين إلى الاستخدام الأوسع في الصناعة وبين المستهلكين”.

يقول براين لودون ، مستشار التصميم في غلاسكو ، إن التقنيات القديمة التي تم اختبارها قد تطورت كثيرًا في السنوات الأخيرة. هذا ينطبق بشكل خاص على طابعات الخيوط ، المعروفة أيضًا باسم FDM أو FFF (كما هو الحال في تصنيع الشعيرة المصورة) – نوع الطابعة ثلاثية الأبعاد التي يعرفها معظم الناس ، والتي يتم تغذيتها مع خيوط طويلة من البلاستيك ABS.

“بعد انتهاء صلاحية براءة اختراع رئيسية على FDM في عام 2009 ، كان هناك انفجار لطابعات المستهلكين المنخفضة التكلفة التي جعلت من الممكن استخدام الطابعات ثلاثية الأبعاد في مختلف الهوايات. لقد ساعدت التخفيضات الكبيرة في الأسعار أيضًا على التصميم الصغير والهندسة الاستوديوهات مثل هذه السوق. اهتزازات الطابعة وأكثر من ذلك ، مع المطبوعات النظيفة على الرغم من السرعات العالية. “

يقول براين لودون: “ما كان يستخدم يوم عمل كامل يمكن القيام به الآن في غضون ساعة”. الآن يمكن أن يكون لديه فكرة في الصباح ، وإنتاج نموذج CAD والحصول على نموذج أولي مبكر بحلول فترة ما بعد الظهر.

كما أصبحت الطابعات القائمة على الراتنج ، والتي تستخدم البوليمر السائل ، أسرع بكثير.

مواد جديدة تفتح إمكانيات جديدة

مثل كريس فوثرينجهام ، يشير براين لودون إلى العديد من المواد الجديدة التي يمكن استخدامها مع الطابعات ثلاثية الأبعاد الحديثة كجزء مهم من التطوير ، مع إعطاء مثال على الشركة ، مما يجعل خيوطًا مع ألياف الكربون. هذا يجعل من الممكن طباعة التجهيزات والمكونات الأخرى التي تحتاج إلى قوة عالية ومقاومة للحرارة.

لقد أصبح المعدن قويًا في السنوات الأخيرة كمواد تستخدم للتصنيع الإضافي. على سبيل المثال ، قام الباحثون في جامعة تشالمرز للتكنولوجيا في جوتنبرغ ، بخطوات كبيرة نحو المواد التي يمكن أن تحقق خصائص مماثلة في الصب أو التزوير.

الخرسانة مثال آخر. تقوم العديد من الشركات في جميع أنحاء العالم اليوم بتصنيع مختلف المباني في الموقع باستخدام طابعات ثلاثية الأبعاد ضخمة تبني المنازل في طبقات. طورت شركة تصنيع يابانية مؤخرًا تقنية أخرى تمزج بين أحدث التقنيات مع آلاف السنين. يستخدم عمل LIB التربة والليمون والألياف الطبيعية ومبانيها أعلى مستوى من سلامة الزلازل.

في عام 2024 ، كشفت جامعة مين عن أكبر طابعة ثلاثية الأبعاد في العالم ، والتي يمكن أن تطبع الكائنات التي يصل طولها إلى 29 مترًا. يُطلق عليه مصنع المستقبل 1.0 ، ويهدف إلى استخدامه بشكل أساسي لإنشاء أجزاء المنزل لتجديد المباني التاريخية. مع ما يصل إلى 227 كيلوغرام مطبوع في الساعة أو أكثر من خمسة أطنان في اليوم ، هذا ليس بالأمر الفذ.

يمكن أن تخلق هياكل مستحيلة سابقًا

يناقش سيسيليا بيرسون ، أستاذ جامعة أوبسالا ، نتيجة أخرى مثيرة للتطورات في التصنيع الإضافي: إمكانية إنشاء أشكال وهياكل لم تكن ممكنة من قبل.

هل تستطيع الطابعات ثلاثية الأبعاد أن تفعل شيئًا لم يكن ممكنًا من قبل؟

“نعم ، يمكنهم! عادةً ما أعطي مثالين ، أحدهما في تصنيع المكونات وواحد في المواد. يمكنك تحسين الهياكل ، على سبيل المثال ، لتقليل استخدام المواد ولكن الحصول على نفس القوة ، من أجل المتانة على سبيل المثال ، بما في ذلك توفير الوقود مع مكونات أخف وزناً. الزجاج المعدني.

يتحدث براين لودون أيضًا عن كيفية تمكين الطابعات ثلاثية الأبعاد عن المكونات الأخف من خلال تحسين الهيكل ثلاثي الأبعاد مثل المبادلات الحرارية الفعالة للغاية التي لا يمكن صنعها باستخدام طرق تقليدية مثل آلات CNC أو صب الحقن.

إحداث فرق كبير في التكنولوجيا الطبية

تركز أبحاث سيسيليا بيرسون على كيفية استخدام التصنيع الإضافي في التكنولوجيا الطبية.

“تستخدم الطابعات ثلاثية الأبعاد بشكل أساسي لثلاثة أشياء مختلفة: النماذج التشريحية لممارسة و/أو شرح العمليات الجراحية ، والأدلة الجراحية-أي ، المساعدات الخاصة بالمريض على الجراحة-والزرع الخاص بالمريض و/أو يزرع مع خصائص محددة لا يمكن تحقيقها بشكل رئيسي.

وهي تشير إلى مقال في عدد 2023 من Tandläkartidningen الذي يوضح كيف يتم استخدام الطابعات ثلاثية الأبعاد بالفعل لإعادة بناء عظام الفك التالفة ، مما يسمح للمرضى باستلام زراعة الأسنان التي لم تكن قادرة على إرفاقها في أي مكان. ((*حذار الصور الرسومية للإجراءات الجراحية.)

أحد المجالات التي يبحث فيها Persson حاليًا هو تطوير مواد قابلة للتحلل للزرع المؤقتة ، مثل عظام الاستبدال التي تنهار مع عودة عظام الجسم.

يعمل براين لودون أيضًا مع العملاء الذين يقومون بتطوير الأجهزة الطبية من أنواع مختلفة. غالبًا ما يستخدم الطابعات ثلاثية الأبعاد بالاشتراك مع الماسحات الضوئية ثلاثية الأبعاد لإنتاج أنواع مختلفة من الدعم التي تناسب جسم المريض بالضبط.

ويوضح: “لقد استخدمت أيضًا طابعات ثلاثية الأبعاد تتعامل مع أكثر من مادة واحدة في وقت واحد لتطوير دعامات جديدة للمرضى الذين يعانون من التهاب المفاصل مع المركز الوطني للعلوم الاصطناعية والتقويم العظام في غلاسكو. وسيتم تصبغ المنتج النهائي مع جوهر صلب وخارجي ناعم ، والطابعة متعددة المواد سمحت بنماذج أنماط من نفس التصميم إلى أن يتم إنتاجها واختبارها.”

تصميم مخصص وتصنيع مرن

يعمل براين لودون مع طابعات ثلاثية الأبعاد لتطوير النماذج الأولية وتطوير التصميم لأكثر من عشر سنوات. بالنسبة له ، فإن فوائد القدرة على الانتقال من فكرة إلى نموذج أولي فعلي أكثر أو أقل واضحة على الفور ، لكنه يرى أيضًا أن التكنولوجيا تستخدم أكثر فأكثر لصنع المنتجات النهائية.

“هذه واحدة من التغييرات الكبيرة التي بدأنا نراها. ربما لا يكون ذلك على المقياس المطلوب للإنتاج الضخم حتى الآن ، ولكن على سبيل المثال ، بدأ كل من Adidas و Nike في صنع Midsoles مع الطابعات ثلاثية الأبعاد ، وفي فورمولا 1 ، يستخدم McLaren مكونات طباعة ثلاثية الأبعاد في سياراتهم. Philips Fixables مع Prusa Research لتشجيع المستخدمين على الإصلاح بدلاً من التخلص من الأدوات عندما يكسر أي جزء.

يعتقد كريس فوذرنجهام أن القدرة على إنتاج تصميمات فريدة ومخصصة ستؤدي إلى نمو هائل على جانب المستهلك لأن المستهلكين سيتمكنون من حل المشكلات وتحقيق أفكارهم بأنفسهم. ويشير إلى مثال على كيفية استخدام الطابعات ثلاثية الأبعاد في هواية تأثيري لإنتاج أجزاء الأزياء ذات التفاصيل المذهلة.

في مختلف الهوايات ، غيرت الطابعات ثلاثية الأبعاد منذ فترة طويلة ما هو ممكن للأفراد أن يفعلوا أنفسهم ، وكذلك ما يلعبه الشركات المصنعة. هذا صحيح بشكل خاص للألعاب المصغرة والسكك الحديدية النموذجية. تتيح الطابعات ثلاثية الأبعاد طباعة قطع الغيار والمكونات التي لم يتم بيع الشركات المصنعة أبدًا بشكل منفصل. يمكن للمستخدمين أيضًا تصميم وطباعة مكونات وملحقات جديدة تمامًا. حيث قام العديد من الأشخاص في الماضي ببناء المناظر الطبيعية باليد باستخدام مواد مثل الورق المقوى ، الستايروفوم ، والألواح الخلوية ، أصبح استخدام الطابعات ثلاثية الأبعاد أمرًا شائعًا اليوم.

“على الجانب الصناعي ، تكون الإمكانات أكبر. أرى الطابعات ثلاثية الأبعاد كوسيلة لتوطين التصنيع مرة أخرى. ستكون البلدان قادرة على تصنيع ما يحتاجون إليه بالضبط في المنزل. انظر ، على سبيل المثال ، في كيفية استخدام أوكرانيا الطابعات ثلاثية الأبعاد في دفاعها الخاص” ، كما يقول Fotheringham.

تقوم شركته الجديدة بتطوير برنامج يعتمد على الذكاء الاصطناعى والذي يحول الصور ثنائية الأبعاد إلى نماذج ثلاثية الأبعاد يمكن للمستخدمين طباعتها دون أي معرفة مسبقة. في الصورة المقابلة ، يمكنك رؤية مثال على شخصية كلب قام بها كريس فذرنجهام لاختبار البرنامج وعرضه.

“أحد أهدافنا طويلة الأجل هو إنشاء كتالوج للمنتجات المنزلية القابلة للطباعة ، لمساعدة الناس على العودة إلى ثقافة الإصلاح.”