كيف تعمل الطابعة ثلاثية الأبعاد ?
تقوم الطابعة ثلاثية الأبعاد ببناء الأشياء المادية عن طريق إضافة طبقة تلو الأخرى من المواد من التصاميم الرقمية. أصبحت هذه الآلات أدوات قيمة في العديد من المجالات - يستخدمها المهندسون لصنع النماذج الأولية، ويصنع الأطباء الأجهزة الطبية، ويصنع الهواة أجزاء مخصصة في المنزل. تعمل الطابعة بمواد مختلفة، وخاصة البلاستيك ولكن أيضًا المركبات المتخصصة، باتباع تعليمات رقمية دقيقة لوضع كل طبقة في المكان الصحيح تمامًا. تجعل التكنولوجيا من العملي إنتاج أشكال معقدة وعناصر مخصصة لمرة واحدة يصعب صنعها بأي طريقة أخرى.
المكونات الأساسية للطابعة ثلاثية الأبعاد
طابعة ثلاثية الأبعاد يحتاج التصميم الرقمي إلى خمسة أجزاء رئيسية ليعمل بشكل صحيح. يلعب كل مكون دورًا محددًا في تحويل التصميمات الرقمية إلى أشياء مادية.
رأس الطباعة والطارد
يحمل رأس الطباعة الطارد، الذي يذيب مادة الطباعة ويضعها. يسخن الخيط البلاستيكي ويدفعه عبر فوهة صغيرة. يؤثر حجم الفوهة على مدى تفصيل المطبوعات الخاصة بك.
بناء المنصة
منصة البناء (سرير الطباعة) هي السطح المستوي الذي تتم طباعة الأشياء عليه. ويجب أن يكون مستويًا حتى تلتصق المطبوعات بشكل صحيح. تحتوي العديد من الطابعات على أسرّة ساخنة لمنع البلاستيك من الانحناء أثناء تبريده.
نظام الحركة
تستخدم الطابعة المحركات للتحرك في ثلاثة اتجاهات:
- يسار/يمين (محور X)
- للأمام/للخلف (المحور Y)
- أعلى/أسفل (محور Z)
تتحرك هذه المحركات بخطوات صغيرة جدًا لوضع المادة بدقة.
وحدة التحكم
تتولى وحدة التحكم إدارة عملية الطباعة. تحتوي معظم الطابعات على شاشة تعرض:
- ما مقدار الطباعة التي تم إنجازها؟
- درجة حرارة
- إعدادات المواد
- أي مشاكل
نظام تغذية الخيوط
يقوم هذا النظام بنقل مادة الطباعة من البكرة إلى الطارد، ويتضمن:
- ترس يدفع الخيط
- أنابيب لتوجيه المواد
- الأجزاء التي تحافظ على التوتر المناسب
- جهاز استشعار للتحقق من نفاد المواد
يجب أن تعمل هذه المكونات معًا بسلاسة لتحقيق الطباعة الناجحة. الصيانة الدورية يساعد التصميم الدقيق لكل جزء على منع مشاكل الطباعة ويضمن جودة طباعة جيدة.
كيف تعمل الطابعة ثلاثية الأبعاد؟
تعمل الطابعة ثلاثية الأبعاد مثل مسدس الغراء الساخن الآلي الدقيق للغاية. فهي تذيب المواد البلاستيكية وتضعها طبقة تلو الأخرى، وفقًا لمخطط رقمي، حتى يكتمل الكائن النهائي. وتتكون العملية بالكامل من ثلاث خطوات رئيسية.
إعداد النموذج الرقمي
تبدأ بملف نموذج ثلاثي الأبعاد - المخطط التفصيلي للطباعة. قم بإنشاء نموذج باستخدام برنامج CAD أو قم بتنزيل نماذج جاهزة من مواقع مثل Thingiverse. تتم معالجة النموذج من خلال برنامج التقطيع، الذي يقطعه إلى طبقات رقيقة وينشئ تعليمات يمكن للطابعة اتباعها. يتيح لك البرنامج ضبط الإعدادات المهمة مثل سرعة الطباعة ودرجة الحرارة ومدى صلابة الجزء الداخلي من الكائن.
إعداد الطابعة
تحتاج الطابعة إلى إعداد دقيق للحصول على نتائج جيدة. قم بتحميل الطابعة التي اخترتها خيوط بلاستيكية من خلال وحدة التغذية إلى الفوهة الساخنة. يجب أن يكون سرير الطباعة مستويًا تمامًا - يمكنك ضبط البراغي الصغيرة أسفل السرير للحصول على المستوى الصحيح. اضبط درجات الحرارة المناسبة: عادةً 180-220 درجة مئوية للفوهة و50-60 درجة مئوية للسرير، اعتمادًا على نوع المادة.
عملية الطباعة
تبدأ الطابعة بوضع الطبقة الأولى ببطء شديد تأكد من أنها تلتصق جيداثم تقوم الطابعة بتكوين كل طبقة، وعادة ما تكون بسمك 0.1-0.3 مم. داخل الكائن، تقوم الطابعة بإنشاء نمط يشبه قرص العسل لزيادة القوة مع الحفاظ على البلاستيك.بالنسبة لأي أجزاء معلقة في الهواء (مثل أذرع الشخصيات)، تضيف الطابعة دعامات قابلة للإزالة. تتحرك الفوهة بدقة في ثلاثة اتجاهات: اليسار واليمين، والأمام والخلف، والأعلى والأسفل، مما يضع البلاستيك المذاب بالضبط حيثما يلزم.
تعتمد جودة الطباعة بشكل كبير على الإعداد والإعدادات الصحيحة. قد تستغرق طباعة الأشياء الصغيرة 30 دقيقة، بينما قد تستغرق المطبوعات الكبيرة أو التفصيلية ساعات عديدة.
ما هي المواد التي يمكن للطابعات ثلاثية الأبعاد استخدامها؟
يمكن للطابعات ثلاثية الأبعاد العمل مع العديد من المواد المختلفةولكن يظل البلاستيك هو الاختيار الأكثر شيوعًا. فكل مادة لها خصائص محددة تجعلها مناسبة لاستخدامات مختلفة.
المواد البلاستيكية الأساسية
خيوط PLA إن مادة ABS هي أسهل مادة للطباعة. فهي مصنوعة من نشا الذرة، وتطبع في درجات حرارة منخفضة، وتعمل بشكل جيد مع العناصر الزخرفية والأجزاء الأساسية. أما مادة ABS فهي أكثر صلابة وتتحمل الحرارة بشكل أفضل - وهي نفس البلاستيك المستخدم في مكعبات ليغو. أما مادة PETG فهي تجمع بين الطباعة السهلة والقوة الجيدة وهي آمنة للاستخدام في حاويات الطعام. وتكلف هذه المواد الأساسية حوالي 20 إلى 30 دولارًا للكيلوغرام.
المواد المتخصصة
تتمتع بعض المواد بخصائص فريدة. فالبولي يوريثين الحراري مرن مثل المطاط، وهو مثالي لأغطية الهواتف أو النعال الداخلية للأحذية. والنايلون قوي للغاية ومتين، وهو جيد للأجزاء الميكانيكية. وتحتوي الخيوط المملوءة بالخشب على جزيئات خشبية حقيقية ويمكن أن تبدو مثل الخشب الحقيقي. وتوجد أيضًا مواد مملوءة بالمعادن، ولكنها تحتاج إلى طابعات خاصة.
اختيار المادة المناسبة
اختر المواد الخاصة بك بناءً على ما تقوم بصنعه:
- للألعاب وعناصر العرض:جيش التحرير الشعبى الصينى
- للأجزاء الخارجية أو أجزاء السيارة:ABS أو PETG
- للعناصر المرنة: تي بي يو
- للحصول على أدوات قوية:نايلون
- للعناصر الزخرفية:مملوءة بالخشب أو المعدن
تتزايد باستمرار مجموعة المواد المتاحة مع تقدم تكنولوجيا الطباعة ثلاثية الأبعاد. يوصى بالبدء باستخدام PLA الأساسي للمبتدئين، ثم تجربة مواد أخرى مع اكتساب الخبرة.
ما الذي يؤثر على جودة الطباعة ثلاثية الأبعاد؟
هناك عدة عوامل رئيسية تحدد ما إذا كانت طباعتك ستخرج ناعمة ودقيقة أم خشنة ومشوهة. يؤدي ضبط هذه الإعدادات بشكل صحيح إلى نتائج طباعة أفضل.
الدقة وارتفاع الطبقة
يتحكم ارتفاع الطبقة في مدى تفصيل الطباعة. تعطي الطبقات الأرق (0.1 مم) أسطحًا أكثر سلاسة ولكنها تستغرق وقتًا أطول للطباعة. تتم طباعة الطبقات الأكثر سمكًا (0.3 مم) بشكل أسرع ولكنها تُظهر خطوطًا مرئية. حجم الفوهة مهم أيضًا - تعمل الفوهة مقاس 0.4 مم بشكل جيد لمعظم المطبوعات، بينما تجعل الفوهات مقاس 0.2 مم التفاصيل الدقيقة ممكنة.
سرعة الطباعة
لا يعني السرعة دائمًا أنها الأفضل. فعند الطباعة بسرعة كبيرة، قد لا تلتصق الطبقات جيدًا، وقد تتشوش التفاصيل، وقد تتخطى الطابعة خطوات، مما يتسبب في تحرك الطبقات. تحتاج الأجزاء المعقدة إلى سرعات أبطأ تتراوح بين 30 و50 مم/ثانية للحصول على أفضل النتائج. يمكن طباعة الأجزاء البسيطة بسرعة أكبر تتراوح بين 60 و80 مم/ثانية، ولكن انتبه إلى مشكلات الجودة.
إعدادات درجة الحرارة
تحتاج كل مادة إلى درجات حرارة معينة. فالطباعة بدرجة حرارة عالية جدًا تسبب تشابكًا وبقعًا، بينما تؤدي الطباعة بدرجة حرارة منخفضة جدًا إلى ضعف التصاق الطبقات. عادةً ما تطبع مادة PLA عند درجة حرارة تتراوح بين 190 و210 درجة مئوية، بينما تطبع مادة ABS عند درجة حرارة تتراوح بين 190 و210 درجة مئوية. 230-250 درجة مئوية، وPETG عند 220-245 درجة مئوية. كما أن درجة حرارة سرير الطباعة مهمة أيضًا - فهي تساعد الطبقة الأولى على الالتصاق وتمنع الانحناء أثناء تبريد الكائن.
التبريد وتدفق الهواء
يساعد التبريد المناسب على تصلب البلاستيك بسرعة بعد خروجه من الفوهة. تحتوي معظم الطابعات على مراوح صغيرة بالقرب من الفوهة. يمنع التبريد الجيد ترهل الأجزاء البارزة والجسور الفوضوية حيث يمتد البلاستيك عبر الفجوات. تحتاج بعض المواد مثل ABS إلى تبريد أقل لمنع الانحناء، بينما يحتاج PLA إلى تبريد أكثر للحصول على تفاصيل واضحة.
معايرة الطابعة
يضمن المعايرة المنتظمة الحفاظ على دقة الطابعة الخاصة بك.افحص مستوى السرير بشكل متكرر - فهو أمر بالغ الأهمية لالتصاق الطبقة الأولى. حافظ على شد الأحزمة بشكل صحيح لمنع تحرك الطبقات. اضبط خطوات الطارد لضمان تدفق الكمية المناسبة من البلاستيك. تحقق من قطر الخيط لأنه يؤثر على كمية المادة المطبوعة. حتى أخطاء المعايرة الصغيرة يمكن أن يفسد المطبوعات.
ما هي حدود الطباعة ثلاثية الأبعاد؟
على الرغم من تنوعها، فإن الطباعة ثلاثية الأبعاد لها العديد من القيود العملية التي تؤثر على ما يمكنك صنعه ومقدار تكلفته. تساعد هذه القيود في تحديد ما إذا كانت الطباعة ثلاثية الأبعاد هي الخيار الصحيح لمشروعك.
حدود حجم البناء
معظم الطابعات ثلاثية الأبعاد المنزلية تتمتع الطابعات ذات الحجم الكبير بمساحة بناء محدودة، وعادة ما تكون حوالي 200 مم × 200 مم × 200 مم. وتحتاج الأشياء الأكبر حجمًا إلى الطباعة على شكل قطع وتجميعها. وتوجد طابعات أكبر حجمًا ولكنها تكلف أكثر بكثير وتشغل مساحة أكبر. وقد لا تتم طباعة التفاصيل الصغيرة جدًا التي يقل حجمها عن 0.5 مم بشكل جيد بسبب حدود حجم الفوهة.
أوقات إنتاج طويلة
إن الطباعة ثلاثية الأبعاد ليست عملية سريعة. فقد تستغرق طباعة حافظة هاتف بسيطة من ساعتين إلى ثلاث ساعات، في حين قد تستغرق طباعة الأشياء المعقدة أيامًا. ويؤثر ارتفاع الطبقة بشكل كبير على وقت الطباعة - فخفض ارتفاع الطبقة إلى النصف يضاعف وقت الطباعة. وتوفر طباعة عناصر متعددة في وقت واحد الوقت، ولكن إذا فشل جزء واحد، فقد تتأثر جميع الأجزاء.
تكاليف المعدات والمواد العالية
تتراوح التكلفة الأولية للطابعة الأساسية من 200 إلى 1000 دولار. وتتراكم تكاليف المواد - فبينما يكلف كيلوغرام من الخيوط الأساسية 20 إلى 30 دولارًا، يمكن أن تكلف المواد المتخصصة أكثر من ذلك بكثير. وتؤدي المطبوعات الفاشلة إلى إهدار الوقت والمواد. واستخدام الكهرباء ضئيل، لكن الطابعات تحتاج إلى الصيانة وقطع الغيار من حين لآخر.
قوة المواد وقيود الاختيار
لا يمكن طباعة كل المواد بتقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد. فمعظم الطابعات المنزلية تعمل فقط باستخدام المواد البلاستيكية الحرارية. وتتطلب الطباعة على المعادن معدات متخصصة باهظة الثمن. وتكون الأجزاء المطبوعة أضعف عمومًا من الأجزاء المصبوبة بالحقن، وخاصة في اتجاهات معينة. وتقتصر الألوان على ما هو متاح في شكل خيوط، وتتطلب الطباعة متعددة الألوان معدات خاصة أو تغييرات يدوية للخيوط.
اصنع أشياء مخصصة باستخدام الطباعة ثلاثية الأبعاد!
تتيح لك الطباعة ثلاثية الأبعاد إنشاء أشياء مخصصة في المنزل. ورغم أن حجمها وسرعتها محدودان، إلا أنها رائعة لإنشاء عناصر ونماذج أولية فريدة. والعملية بسيطة: قم بتصميم الكائن، وجهز الطابعة، وشاهدها وهي تبني طبقة تلو الأخرى. يساعدك البدء بالمواد الأساسية مثل حمض البوليكتيك والمشاريع البسيطة على تعلم العملية. ومع نمو مهاراتك، يمكنك التعامل مع مطبوعات أكثر تعقيدًا باستخدام مواد مختلفة.