الطباعة ثلاثية الأبعاد FDM : تقنية جديدة و إليك أبرز استخدماتها

التصنيع الإضافي هو مصطلح آخر مخصص للطباعة ثلاثية الأبعاد، مما يساعد القطاع الصناعي على إنشاء كائنات صلبة ثلاثية الأبعاد من ملف رقمي، من خلال الطباعة ثلاثية الأبعاد، يتم إنشاء الكائنات المصممة مسبقًا عن طريق طبقات مختلفة من المواد التي يتم ترسيبها حتى يتم تشكيل التصميم المطلوب، و في هذا المقال سوف نتحدث عن أحدث هذه التقنيات و هي تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد FDM المثيرة.

وفقًا للدراسات الحديثة، تتوقع شركات التصنيع زيادة فاعلية هذا الانطباع بنسبة 40٪ في فوائد القطاعات الإنتاجية في العالم في عام 2022.

و أصبح سوق الطابعات ثلاثية الأبعاد في متناول الجميع، و لهذا السبب يعتبر دفعة كبيرة في هذا القطاع في المستقبل.

ما هو FDM ؟

هي تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد الأكثر استخدامًا، فهي تمثل أكبر قاعدة مثبتة للطابعات ثلاثية الأبعاد على مستوى العالم و غالبًا ما تكون أول تقنية يتعرض لها الأشخاص. 

نمذجة الترسيب المنصهر (FDM)، أو تصنيع الفتيل المنصهر (FFF)، هي عملية تصنيع مضافة تنتمي إلى عائلة بثق المواد. 

في FDM، يتم بناء الكائن عن طريق الترسيب الانتقائي للمواد المنصهرة في مسار محدد مسبقًا طبقة تلو طبقة. 

و المواد المستخدمة عبارة عن بوليمرات لدن بالحرارة و تأتي في شكل خيوط.

و يجب على المصمم أن يضع في اعتباره قدرات وقيود التكنولوجيا عند تصنيع جزء باستخدام FDM، لأن هذا سيساعده في تحقيق أفضل نتيجة.

كيف تعمل تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد FDM ؟

تشير تقنية نمذجة الترسيب المنصهر (FDM) إلى كيفية تشكيل النموذج ثلاثي الأبعاد و تطبيقه على طابعة تُستخدم عمومًا للنماذج الأولية و تصميم الجهاز.

حيث يتم ترسيب المادة، التي يتم صهرها بشكل عام من خلال نظام من ثلاثة محاور في طبقات فردية، و التي يتم دمجها لتشكيل نموذج ثلاثي الأبعاد.

و تبدأ العملية بنموذج كمبيوتر ثلاثي الأبعاد.

ثم يقسم البرنامج النموذج الرقمي إلى عدة طبقات و ينشئ ملف G-code للطابعة.

و تقوم طابعة FDM بتجهيز الفتيل البلاستيكي الصلب و تسخينه و تذويبه و توزيعه من فوهة، خيوط بواسطة خيوط، إلى صينية بناء لتشكيل كائن ثلاثي الأبعاد.

و بشكل عام، يمكن أن يتراوح سمك كل طبقة من 0.1 مم إلى 0.5 مم اعتمادًا على الدقة المطلوبة.

اقرأ ايضًا: مدينة أبيدوس : سجل تاريخي لملوك مصر القديمة و قبلة الحج للمصريين القدماء

ما هي المواد المستخدمة في تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد FDM ؟

من بين المواد الأكثر استخدامًا لطباعة FDM ABS (أكريلونيتريل بوتادين ستايرين) و PLA (متعدد حمض اللاكتيك).

و كلاهما يتميز بكونه غير مكلف، بالإضافة إلى توافره في مجموعة متنوعة من الألوان.

حيث توفر المواد من نوع متعدد حمض اللّاكتيك (PLA) جودة سطح رائعة.

و هي واحدة من أسهل المواد للطباعة و قابلة للتحلل أيضًا، و من المهم الإشارة إلى أنها تفتقر إلى مقاومة الصدمات.

تتطلب المادة من نوع الأكريلونيتريل بيوتادين الستايرين (ABS) منصة بناء ساخنة لتجنب التشوه، و هي مادة بلاستيكية منزلية شائعة.

فهي توفر مقاومة جيدة و خصائص حرارية، و لكنها تتطلب تهوية جيدة لأنها تنبعث منها روائح قوية.

و تتيح طباعة FDM للمستخدمين طباعة العديد من التصميمات بسهولة لفحص شكل و ملاءمة الجزء الفعلي.

حيث يمكن لطابعات FDM عالية الجودة طباعة مواد هندسية و ذات أداء أعلى، بما في ذلك:

• نايلون
• TPU (البولي يوريثين بالحرارة)
• PET (بولي إيثيلين تيريفثاليت)
• PETG (بولي إيثيلين جلايكول تيريفثالات)
• غالبًا ما تستخدم في الزجاجات البلاستيكية التي تستخدم لمرة واحدة، و يمكن استخدام PET للأجزاء التي تتلامس مع الطعام و لا تنبعث منها روائح عند الطباعة.

كيف يتم استخدام تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد FDM ؟

يستخدم مصممو و مهندسو الأجهزة الصناعية بشكل عام طابعات FDM ثلاثية الأبعاد في المراحل الأولى من استكشاف المفاهيم و النماذج الأولية متوسطة الدقة.

و المرحلة الأولية لاستكشاف النموذج الأولي، و تتيح طباعة FDM للمستخدمين طباعة العديد من التصميمات بسهولة لفحص شكل و ملاءمة الجزء الفعلي قبل البحث عن ميزات أكثر تفصيلاً.

و في مرحلة النماذج الأولية ذات الدقة المتوسطة، يتم إجراء الاختبارات أو النماذج الأولية التي تشبه أجزاء الإنتاج الفعلية، و عادة ما يطبع المستخدمون بدقة متوسطة.

حيث يستخدم هذا القرار طبقات رقيقة 0.1 مم، و يعد هذا الخيار رائعًا للحصول على تعليقات حول الإحساس والأداء.

و من بين المزايا الرئيسية للطباعة في FDM التكلفة المنخفضة للتشغيل.

حيث تتميز طابعات FDM بسهولة التشغيل وتوفر وقت استجابة سريعًا من المفهوم إلى النموذج الأولي.

اقرأ ايضًا: كيفية استخدام واقي الشمس بشكل صحيح

مميزات تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد FDM

تسمح معظم أنظمة FDM بتعديل معلمات العملية المختلفة بما في ذلك درجة حرارة الفوهة و سطح البناء، و سرعة البناء، و ارتفاع الطبقة، و سرعة مروحة التبريد.

حيث يتم تعيين هذه بشكل عام من قبل المشغل، و لذلك يجب أن تكون ذات أهمية قليلة للمصمم.

و المهم من منظور المصمم هو حجم البناء و ارتفاع الطبقة :

حيث أن الحجم المتاح للطابعة ثلاثية الأبعاد لسطح المكتب هو عادة 200 × 200 × 200 مم، بينما بالنسبة للآلات ثلاثية الأبعاد الصناعية يمكن أن يصل إلى 1000 × 1000 × 1000 مم.

و إذا كانت آلة الطاولة مفضلة (على سبيل المثال ، لتقليل التكلفة)، فيمكن تقسيم نموذج كبير إلى أجزاء أصغر ثم تجميعها.

يتراوح ارتفاع الطبقة النموذجي المستخدم في FDM من 50-400 ميكرون و يمكن تحديده في وقت الطلب.

و ينتج ارتفاع الطبقة الأصغر أجزاءًا أكثر سلاسة ويلتقط الأشكال الهندسية المنحنية بدقة أكبر.

و من جانب أخر ينتج الارتفاع الأكبر الأجزاء بشكل أسرع وبتكلفة أقل.

حيث أن ارتفاع الطبقة 200 ميكرون هو الأكثر استخدامًا.

ملخص مزايا و عيوب تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد FDM

يتم تلخيص المزايا و العيوب الرئيسية لهذه التكنولوجيا أدناه:

• FDM هي الطريقة الأكثر فعالية من حيث التكلفة لإنتاج نماذج وأجزاء لدائن حرارية مخصصة.
• مهل FDM قصيرة (سريعة مثل التسليم في اليوم التالي) بسبب التوفر العالي للتكنولوجيا.
• هناك مجموعة واسعة من المواد البلاستيكية الحرارية المتاحة، و هي مناسبة لكل من النماذج الأولية و بعض التطبيقات الوظيفية غير التجارية.
• تتميز FDM بأقل دقة و دقة في الأبعاد مقارنة بتقنيات الطباعة ثلاثية الأبعاد الأخرى، لذا فهي غير مناسبة للأجزاء ذات التفاصيل المعقدة.
• من المحتمل أن تحتوي أجزاء FDM على خطوط طلاء مرئية، لذا فإن المعالجة اللاحقة مطلوبة للحصول على تشطيب سلس.
• آلية التصاق الطبقات تجعل أجزاء FDM متباينة الخواص بطبيعتها.

قواعد عامة

• يمكن أن تنتج FDM نماذج أولية و أجزاء وظيفية بسرعة و بتكلفة اقتصادية من مجموعة واسعة من المواد البلاستيكية الحرارية.
• الحجم النموذجي للطابعة المكتبية FDM ثلاثية الأبعاد هو 200 × 200 × 200 × 200 ملم.
• الآلات الصناعية لها حجم بناء أكبر.
• لتجنب الالتواء، تجنب المساحات الكبيرة المسطحة و أضف الشرائح إلى الزوايا الحادة.
• FDM متباين الخواص بطبيعته، لذلك لا يوصى به للمكونات الحرجة ميكانيكيًا.

اقرأ ايضًا: أسهل الدول للسفر والعمل : إليك أفضل 10 دول بالعالم

اقرأ ايضًا: أفضل الأماكن السياحية في نيويورك يمكنك زيارتها