الطباعة ثلاثية الابعاد.. ما هي وهل أدت الغرض المطلوب منها؟

الطباعة ثلاثية الابعاد.. اتخذت الصناعة بالإضافة (Additive Manufacturing) في الآونة الأخيرة أهميةً كبيرةً جدًا، والتي تعرف باسم الطباعة ثلاثية الابعاد عادةً، وهي عبارةٌ عن عمليةٍ تعتمد على ترتيب عدةِ طبقات واحدة تلو الأخرى للوصولِ إلى نموذجٍ رقميٍّ في نهاية المطاف يجسد أنموذجًا ما بأسلوبٍ ثلاثي الأبعاد، وسميت بالصناعة الإضافية نظرًا لاعتمادها على إضافةِ أجزاء مستحدثة إلى المنتج النهائي.

إن مفهوم ثلاثي الأبعاد أو Three dimensional هو التسمية الشائعة التي تشير إلى الفراغ الذي يملك ثلاثة مقاييس العرض والطول والعمق أو الارتفاع وفي علم الهندسة الفراغية يعرف بأنه فرع من علوم الرياضيات يبحث في خصائص الأشكال والمجسمات في الفراغ كالكرة والهرم وغيرها في الرياضيات كل نقطة في الفضاء ثلاثي الأبعاد توصف عن طريق ثلاثة إحداثيات بالنسبة لثلاثة محاور أي يمكن أن نقول أن كل جسم يمتلك ارتفاعاً وعمقاً هو جسم ثلاثي الأبعاد

الطابعة هي جهاز وظيفته إنشاء نسخة ورقية من وثيقة حاسوبية يتم تزويد الطابعة بالوثيقة إما بوصلها بالحاسوب الذي يحتوي الوثيقة عن طريق كبل أو قد تكون الطابعة مربوطة بشبكة حاسوبية يرتبط بها الحاسوب أو يمكن تزويد الطابعة بالوثيقة مباشرة ذلك من كاميرا رقمية أو من بطاقة ذاكرة  وللطابعات أنواع متعددة تختلف بحسب: لون الطباعة ونوع التقنية التي تستخدمها الطابعة كذلك دقة الطباعة إضافة إلى تعدد المهام التي تقوم الطابعة بها مثل الماسح الضوئي أو إرسال الفاكس وللطابعات أنواع عديدة أشهرها وأكثرها إثارة للفضول الطابعة ثلاثية الأبعاد

هي إحدى تقنيات التصنيع حيث يتم تصنيع القطع عن طريق تقسيم التصاميم ثلاثية الأبعاد لها إلى طبقات صغيرة جداً باستخدام برامج حاسوبية بعد ذلك يتم تصنيعها باستخدام الطابعات ثلاثية الأبعاد عن طريق طباعة طبقة فوق الأخرى حتى يتكون الشكل النهائي

إن الطابعات ثلاثية الأبعاد في العادة أسرع وأوفر وأسهل في الاستعمال من التكنولوجيات الأخرى المخصصة للتصنيع

حيث تتيح الطابعات ثلاثية الأبعاد للمطورين القدرة على طباعة أجزاء متداخلة معقدة التركيب كما يمكن صناعة أجزاء من مواد مختلفة وبمواصفات ميكانيكية وفيزيائية مختلفة ثم تركيبها مع بعضها البعض كما أن التكنولوجيات المتقدمة للطباعة ثلاثية الأبعاد تنتج نماذج تشابه كثيراً منظر وملمس ووظيفة النموذج الأولي للمنتج

وكذلك تقدم الطباعة ثلاثية الأبعاد عروضاً هائلة لتطبيقات الإنتاج. وتستخدم هذه التقنية في المجوهرات والأحذية والتصميم الصناعي والعمارة والهندسة والإنشاءات والسيارات والطائرات كذلك في طب الأسنان والصناعات الطبية.

إن الطابعات ثلاثية الأبعاد هي المستقبل واستخدامتها كثيرة ومتنوعة خاصة في مجالي الطب والصيدلة كذلك في مجال الفن والنحت إذ يمكن صنع نسخ مقلدة من التماثيل والمنحوتات الفنية بدقة عالية مما يساعد في حفظها وحمايتها من السرقة أو النهب 

كما يعد المجال الطبي من أكبر المجالات وأكثرها اهتماماً بالطباعة ثلاثية الأبعاد حيث أن الصناعة الطبية التقليدية واجهت العديد من التحديات بدءاً بوقت التصنيع وانتهاء بالتكلفة العالية خصوصاً إذا كانت الكمية المطلوبة من المنتج قليلة أو مخصصة لشخص واحد فقد زودت الطباعة ثلاثية الأبعاد العالم بأمل لحل هذه المشاكل من خلال القدرة على إنتاج أي منتج مهما بلغت درجة تعقيده إضافة إلى تكلفة الإنتاج المنخفضة والثابتة نسبياً وتخفيض الوقت اللازم لتصنيع منتج معين والقدرة على تخصيص المنتجات إذ أن هناك آمال معقودة على هذه التقنية أن تمكن الأطباء من صنع أطراف اصطناعية أو أعضاء داخلية ملائمة لكل مريض دون الاضطرار للانتظار أعواماً طويلة لإيجاد متبرع مناسب كما يمكن استخدامها في صنع الأسنان لأولئك الذين فقدوا أسنانهم وتوفير نفقات زراعة الأسنان المرتفعة 

يمكن تعريف الطباعة ثلاثية الابعاد بأنها تلك التقنية التي تعتمد على إنتاج أشكالٍ ذات درجةٍ عاليةٍ من التعقيد بأقل ما يمكن من المواد المستخدمة في التصنيع بالطرق التقليدية، أي أنها عمليةُ تصنيع مواد جديدة بالاعتماد على ملفاتٍ رقميةٍ بواسطة برامج حاسوبية، ويشار إلى أنها عمليةُ تكوين أنموذج مطبوع بواسطة إضافة طبقة تلو الأخرى من المواد للخروج في نهاية المطاف إلى مادةٍ ثلاثية الأبعاد، بحيث تظهر على شكل شرائح أو مقاطع أفقية.

تمر عملية الطباعة ثلاثية الابعاد بعدةِ مراحل، وتتمثل بما يلي:

تحظى الطباعة ثلاثية الابعاد بأهميةٍ كبيرةٍ للغاية، حيث تساهم في بناء النماذج والأشكال المعقدة بأبسط الطرق وأكثرها سهولة، كما أنها توفر من التكلفة المادية؛ إذ أنها لا تتطلب استنزافًا للمواد والأدوات الهندسية وإنما تستعين بمواد أقل فتكون أقل سعرًا، بالإضافة إلى عدم وجود أي حاجةٍ لتوفير مبالغ مالية لبدء الاستخدام والتشغيل؛ بل أن الأمر يقتصر على كمية المواد المستخدمة فعليًّا والوقت المستغرق في أعداد المجسم أو النموذج.

بالإضافةِ إلى ما تقدم؛ فإنه من الممكن استخدام هذا النوع من الطباعة في تلبية متطلبات المستخدمين دون تكبد أي تكاليف مادية طائلة في التصنيع، وذلك نظرًا لسهولة خاصية التخصيص، كما أنها تلجأ إلى بناء نماذج أولية للمجسمات المراد تصنيعها والتعديل عليها قبل الانطلاق في التنفيذ، وتحتاج النماذج الأولية عادةً إلى المرور بعدةِ مراحل هي: التصميم، الاختبار، التحسين، إعادة التصميم إن استدعت الحاجة.

في سنة 1981م تمكن الياباني هيديو كوداما من الحصولِ على أول براءة اختراعٍ بفضل اختراعه تقنية الطباعة الثلاثية، بحيث جاء وقتها بجهازٍ يعتمد على الأشعة فوق البنفسجية تعمل على تصلب البوليمرات الضوئية، وبناءًا عليه تقوم بتصنيع أشكالٍ مبتكرةٍ تبعًا لمبدأ التصنيع بالإضافة، ومن هناك كانت ولادة الفكرة وأدخلت عليها العديد من التطورات.

بعد انقضاءِ ثلاث سنواتٍ من ذلك، أقدمت نخبةٌ من المخترعين الفرنسيين على ابتكارِ طريقة التصوير المجسم، وطلبوا بناءً عليه الحصول على براءة الاختراع الأولى من نوعها لما جاؤوا به، إلا أن طباعة الياباني كوداما هي الأكثر انتشارًا للغاية حتى الوقت الحالي.

مع حلول سنة 1987م، وضع كارل ديكارد طلبًا للحصول على براءة الاختراع مقابل الإتيان بطابعة بالليزر الانتقائي SLS، بحيث لجأ إلى تصميم أنموذج مثالي عند تخرجه واتخذ منه كمشروع تخرجٍ، وأدخل عليه العديد من التطورات بعد أن أكمل دراساته العليا، أما في سنة 1989م فقد حظيت شركة EOS Gmbh بشرف الصول إلى انتهاج أسلوب التصنيع بالمواد المضافة بالاعتماد على تقنية الليزر المتلبدة وتقنية DMLS أيضًا، وأخيرًا أصبحت تقنية الطباعة ثلاثية الابعاد قادرةً تمامًا على خلق أجزاءٍ معدنيةٍ متكاملة.