الرئيسية / تعلم / الطباعة ثلاثية الأبعاد متعددة الألوان

الطباعة ثلاثية الأبعاد متعددة الألوان

احمد حمد يكتب:

 تعمل الطابعات ثلاثية الأبعاد على إحداث ثورة في التصنيع من خلال السماح للمستخدمين بإنشاء أي شكل مادي يمكنهم تخيله عند الطلب. ومع ذلك فإن معظم الطابعات تكون قادرة فقط على التصنيع من مادة واحدة في وقت واحد، كما أن بعض الطابعات نفث الفيلمنت القادرة على الطباعة متعددة المواد تكون مقيدة بفيزياء تشكيل الفيلمنت.

 تسمح الطباعة ثلاثية الأبعاد المستندة إلى النتوء بطباعة لوحة واسعة من المواد، لكن العملية بطيئة للغاية، على سبيل المثال، سوف يستغرق إنشاء مجسم ثلاثي الأبعاد حوالي 10 أيام تقريباً بحجم واحد لتر وبدقة شعر بشري وسرعة طباعة تبلغ 10 سم/ثانية باستخدام رأس الطباعة أحادي اللون. لإنشاء نفس المنتج في أقل من يوم واحد، يحتاج المرء إلى تطبيق رأس طباعة بطباعة 16 فوهة في وقت واحد.

لكن تم تطوير تقنية جديدة تسمى الطباعة ثلاثية الأبعاد متعددة المواد (MM3D) في معهد ويس بجامعة هارفارد بالتعاون مع كلية جون بولسون، حيث طورا صمامات ضغط عالية السرعة سمحت بتحقيق سرعات سريعة ومستمرة وسلسة التبديل بين ما يصل إلى ثماني مواد طباعة مختلفة، مما يتيح إنشاء أشكال معقدة في جزء صغير من الوقت المطلوب حاليًا باستخدام رؤوس الطباعة التي تتراوح من فوهة واحدة إلى فوهات متعددة.

 يتم تصنيع هذه الفوهات باستخدام الطباعة ثلاثية الأبعاد، وهذا يسمح للتعديل حسب المتطلبات. كل فوهة قادرة على تبديل المواد بمعدل يصل إلى 50 مرة في الثانية، وهو أسرع مما يمكن أن تراه العين، أو بالسرعة التي يفوق بها طائر الطنان الأجنحة.

قال الباحث المشارك في معهد ويس مارك سكايلار-سكوت “عند طباعة منتج باستخدام طابعة ثلاثية الأبعاد التقليدية، فإن الوقت اللازم لطباعته يتم قياسه بـ3 أضعاف طول المنتج، لأن فوهة الطباعة تتحرك ببعد واحد فقط بدلاً من 3 أبعاد، كما هو المفروض.”

“يتكون مزيج MM3D من صفائف الفوهات المتعددة مع القدرة على التبديل بين مواد متعددة بسرعة، مما يزيل بفعالية الوقت الضائع لتبديل رؤوس الطباعة ويساعد على خفض قانون التدرج من مكعب إلى خطي، مما يمكن من طباعة منتجات ثلاثية الأبعاد متعددة المواد وبسرعة أكبر بكثير.”

سبب التبديل السريع للفيلمنت هو سلسلة من الوصلات على شكل حرف Y داخل رأس الطباعة حيث تلتقي عدة قنوات فيلمنت في فوهة إخراج واحدة. يتم حساب شكل الفوهة وضغط الطباعة ولزوجة الفيلمنت بدقة وضبطها بحيث عندما يتم تطبيق الضغط على أحد “أذرع” الوصلة ، فإن الفيلمنت الذي يتدفق لأسفل خلال ذلك الذراع لايختلط مع غيره مما يحافظ على جودة المنتج المطبوع.

 من خلال تشغيل رؤوس الطباعة باستخدام مجموعة للصمامات الهوائية السريعة، يتيح سلوك التدفق أحادي الاتجاه هذا تجميعًا سريعاً للخيوط المتعددة المواد التي تتدفق باستمرار من كل فوهة، وتمكّن من إنشاء جزء متعدد المواد ثلاثي الأبعاد.  كما يمكن ضبط طول قنوات الفيلمنت لمراعاة المواد ذات اللزوجة المختلفة والإجهاد الناتج ، وبالتالي تتدفق بسرعة أكبر أو ببطء أكثر من المواد الأخرى

يتم تحقيق التبديل السريع بين الأسلاك بفضل الوصلات ذات الشكل Y في كل فوهة والتي يتم ضبطها بدقة لمنع الخلط أو التدفق الخلفي للأسلاك أثناء الطباعة، ويمكن مضاعفة الوصلات لمهام الطباعة الأكبر مع تخصيصها بحسب المواد ذات الخصائص الفيزيائية المختلفة.

“لأن الطباعة MM3D يمكن أن تنتج أشياء بسرعة، يمكن للمرء استخدام مواد تفاعلية تتغير خصائصها بمرور الوقت، مثل الايبوكسيات والسيليكونات والبولي يوريثان أو الأسلاك الحيوية.” هذا ما قاله المؤلف المشارك يوتشين مويلر، أحد الباحثين في معهد ويس و SEAS. “يمكن للمرء أيضًا دمج المواد بخصائص متباينة لإنشاء هياكل شبيهة بالأوريجامي أو روبوتات ناعمة تحتوي على عناصر صلبة ومرنة.”

لإثبات نظريتهم، قام الباحثون بطباعة هيكل ميورا اوريغامي المكون من أقسام “لوحة” صلبة متصلة بأقسام “مفصلية” مرنة للغاية. تتطلب الطرق السابقة لبناء مثل هذه البنية تجميعها يدويًا في طبقات مكدسة – كان رأس الطباعة MM3D قادرًا على طباعة المنتج بالكامل في خطوة واحدة عن طريق استخدام ثمانية فتحات لبثق اثنين من أسلاك الإيبوكسي المتناوبة التي تختلف صلابتها بأربعة أوامر من الحجم بعد يجري علاجه، هذه المفصلات صمدت لأكثر من 1000 دورة قابلة للطي قبل الفشل، مما يشير إلى الجودة العالية للتحولات بين المواد الصلبة والمرنة التي تحققت أثناء الطباعة

يمكن أيضًا استخدام طباعة MM3D لإنشاء منتجات أكثر تعقيدًا، بما في ذلك روبوتات التشغيل، حيث صمم فريق البحث وطبع روبوتًا ناعمًا يتكون من اللدائن المرنة والصلبة بنمط يشبه العصر الألفي يشتمل على قنوات هوائية مدمجة تتيح ضغط “العضلات” اللينة بالتتابع بواسطة فراغ، مما يجعل الروبوت “يمشي”. كان بإمكانه التحرك بسرعة تقارب نصف بوصة في الثانية أثناء حمل حمولة ثمانية أضعاف وزنه، ويمكن توصيله بروبوتات أخرى لحمل أحمال أثقل.

“تمكن هذه الطريقة من تصميم وتصنيع المواد المفككة بسرعة، والتي تعد نموذجًا ناشئًا في مجالنا” هذا ما قالته الباحثة جنيفر لويس “باستخدام لوحنا العريض من الأسلاك الوظيفية والهيكلية والبيولوجية، يمكن الآن دمج المواد المختلفة بسلاسة في المنتجات ثلاثية الأبعاد حسب الطلب.”

الأهم من ذلك ، لا يمكن لرؤوس الطباعة MM3D الحالية إلا طباعة الأجزاء الدورية (أي التكرار). لكن الفريق يتصور أن تستمر الطباعة MM3D في التطور، مع عرض فوهات يمكنها في نهاية الأمر إخراج أسلاك مختلفة في أوقات مختلفة، وفوهات أصغر للحصول على دقة أكبر  ومصفوفات أكبر للطباعة ثلاثية الأبعاد السريعة بخطوة واحدة في نطاق واسع من الحجم والدقة النطاقات. كما أنهم يستكشفون استخدام الأسلاك المختلفة لخلق أشكال أكثر تعقيدًا.

المصادر:https://wyss.harvard.edu/news/multimaterial-3d-printing-manufactures-complex-objects-fast/?fbclid=IwAR1St0C_OSf2EvcAMt8X7W2rP9kqe3uRAp5yVWyDe-lQw1lsEtqhv-6RG60

اضف رد

لن يتم نشر البريد الإلكتروني . الحقول المطلوبة مشار لها بـ *

*