عندما يتعلق الأمر بالمشكلات الطبية، فإن القليل جدًا يمكن أن يكون مخيفًا مثل تلك التي تؤثر على الدماغ. هذا هو الحال خاصة بالنسبة لتمدد الأوعية الدموية في الدماغ. تم تعريف تمدد الأوعية الدموية في الدماغ على أنه انتفاخ أو تضخم في الأوعية الدموية في الدماغ، وغالبًا ما لا تظهر أي أعراض ولا يتم اكتشافها إلا عند انفجارها، وهو أمر قاتل في حوالي 50٪ من الحالات ويمكن أن يتسبب في حدوث عجز عصبي دائم في الناجين. علاوة على ذلك، قد يكون العلاج صعبًا ولا يكون دائمًا فعالًا. ومع ذلك، يأمل الباحثون في جامعة أوكلاهوما في استخدام الطباعة ثلاثية الأبعاد لتحسين الرعاية الطبية لتمدد الأوعية الدموية في الدماغ.
يقود المشروع الذي يمتد لخمس سنوات تشوني هاو لي، الأستاذ المساعد في كلية جال وجلي للهندسة. سيعمل مع Yingtao Liu ، دكتوراه، وأستاذ ويليام إتش باركو الرئاسي وأستاذ مشارك في كلية Gallogly للهندسة في OU؛ برادلي إن بونس تيد، دكتوراه في الطب، جراح أعصاب في كلية الطب بجامعة إنديانا؛ وهيومون لي، دكتوراه، مهندس الطب الحيوي في جامعة بوردو. الهدف من المشروع هو علاج نزيف تحت العنكبوتية بشكل أفضل، أو النزيف الذي يحدث بين الدماغ والغشاء المحيط به.
يوجد حاليًا نوعان من العلاجات المستخدمة لعلاج تمدد الأوعية الدموية في الدماغ. أحدهما هو التقاضي بالمقطع الجراحي وهو أمر محفوف بالمخاطر لأنه يتضمن جراحة الجمجمة المفتوحة. العلاج الآخر هو العلاج “المعياري الذهبي” الحالي ويسمى انسمام لفائف الأوعية الدموية. في الأساس، في هذه الجراحة طفيفة التوغل، تقوم القسطرة بإيصال لفائف ناعمة لمنع تدفق الدم إلى الأوعية الدموية المصابة. هذا يساعد على منعها من التمزق.
ومع ذلك، لا يزال هذا العلاج له حدوده. وأوضح لي، “إن مشكلة القيادة حتى مع هذه التقنية، نظرًا لتعقيد شكل أو حجم أو هندسة تمدد الأوعية الدموية، هو أن هناك خطرًا متزايدًا لتكرار حدوثه. من المحتمل أنه بعد خمس أو ست سنوات من الانسمام الأولي، سيصاب 20-25 ٪ من المرضى بنفس المشكلة مرة أخرى. لذلك، فهو يزيد من عبء الرعاية الصحية المقابل وقد يؤدي أيضًا إلى سوء التشخيص وحتى وفاة المريض “. الحل بالنسبة له هو أجهزة مخصصة مصنوعة عبر الطباعة ثلاثية الأبعاد والتي ستحد من إمكانية تطوير نفس المشكلة بمرور الوقت.
استخدام أجهزة مطبوعة ثلاثية الأبعاد لعلاج تمدد الأوعية الدموية في الدماغ
نظرًا لأن المشروع لا يزال في مراحله الأولى، فلا توجد حاليًا معلومات حول عمليات الطباعة ثلاثية الأبعاد التي سيتم استخدامها أو حتى الشكل الذي ستبدو عليه هذه الأجهزة. ومع ذلك، لاحظ الباحثون أنهم سيستخدمون الطباعة ثلاثية الأبعاد الطبية الحيوية المتقدمة من أجل إنشاء أجهزة فريدة ومخصصة مصممة خصيصًا للشكل الهندسي المحدد وحجم وموقع تمدد الأوعية الدموية. كما يعلم قرائنا على الأرجح، هذه بالفعل إحدى الفوائد الرئيسية لاستخدام التصنيع الإضافي في الطب، والقدرة على تكييف كل جهاز تمامًا مع احتياجات كل مريض. وبالنظر إلى حقيقة أن عدم القدرة على القيام بهذا في العلاج حاليًا هو ما يؤدي إلى التكرار، سيكون من المثير للاهتمام بالتأكيد أن نرى كيف ستكون الطباعة ثلاثية الأبعاد قادرة على المساعدة بشكل عام في علاج هذا النوع من تمدد الأوعية الدموية في الدماغ.
يخلص لي إلى أن ” الفوائد السريرية والتحويلية الإجمالية لمشروعنا هي منع تمزق تمدد الأوعية الدموية والسكتات الدماغية المستحدثة، والتي تمثل ما يقرب من 15٪ من السكتات الدماغية الجديدة كل عام، وتقليل معدل 20٪ من الحالات الفاشلة من الحالة الحالية. معايير الذهب. هذا مجال واعد للغاية لدفع المجال السريري إلى الأمام “.
صنعت شركة Sphere Cube الإيطالية الناشئة اسمًا لنفسها العام الماضي بفضل Form next Startup Challenge حيث كانت واحدة من الفائزين في المسابقة السنوية. ركزت الشركة الناشئة، التي انبثقت عن جامعة ما ركي بوليتكنيك، على تقنيتها: يمكنها إنتاج مكونات مركبة عالية الأداء دون استخدام قوالب وبتأثير أقل على البيئة. وبالتالي يستجيب Sphere Cube لاثنين من الاحتياجات التي يشعر بها التصنيع الإضافي، وبشكل أعم، من خلال المواد المركبة والأسواق: الحاجة إلى عملية إنتاج أكثر كفاءة، وفي نفس الوقت، أكثر استدامة. لذلك اخترناهم ليكونوا الشركة الناشئة ثلاثية الأبعاد لشهر فبراير وأجرينا مقابلات معهم لمعرفة المزيد عن التكنولوجيا المبتكرة الخاصة بهم!
3DN: هل يمكنك تقديم نفسك و Sphere Cube؟
Sphere Cube هي شركة ناشئة ومبتكرة من جامعة ما ركي بوليتكنيك. كان من خلال حضورهم المشترك في الجامعة أن تعرف أعضاء الفريق على بعضهم البعض وتوحدوا في المشروع. تسمح عملية الإنتاج التي قمنا بتطويرها، المعالجة بالليزر الحراري، بإنشاء منتجات مركبة عالية الأداء بطريقة تلقائية بالكامل، دون أي قيود هندسية. حاليًا، يتم إنتاج مركبات عالية الأداء يدويًا، مما يؤدي لاحقًا إلى مشكلات من حيث التكرار والمرونة. بالإضافة إلى ذلك، نظرًا للعدد الكبير من خطوات العملية واستخدام القوالب (حتى لوحدة الإنتاج)، فإن عملية الإنتاج بأكملها بطيئة ومكلفة ولديها قيود تصميم عالية. مع تقنيتنا،
3DN: كيف نشأت شركتك الناشئة؟
ولدت فكرة Sphere Cube عندما التقى فاليويو دي بومبي، الرئيس التنفيذي الحالي ثم طالب في جامعة ما ركي بوليتكنيك، أليسون فيتا، الذي كان أحد أساتذة دورة التخصص. واتفقوا على أنه لا توجد تقنيات معتمدة صناعيًا تستخدم المواد الخام الأكثر شيوعًا في عالم إنتاج المواد المركبة (مثل راتنجات اليبوس المتصلة بالحرارة وتعزيزات الألياف الطويلة). عندما بدأوا في مناقشة الحلول الممكنة، وُلدت الرسومات التخطيطية الأولى لما هو الآن قلب طابعة Sphere Cube ثلاثية الأبعاد: رأس البثق. ثم أشرك فاليري وأريسيو بقية الفريق، ولا يزال الفريق ينمو.
3DN: كيف تعمل تقنية البثق المركب الخاصة بك؟
التكنولوجيا التي طورتها Sphere Cube تتمحور حول بثق مادتين خام في حالات فيزيائية مختلفة، وهي مصفوفة بوليمر بالحرارة في حالة سائل لزج ومادة تقوية على شكل ألياف مستمرة. نستخدم حاليًا راتين إي بوكسي مكون من عنصرين (رأتني + مقوي) وألياف كربونية كمواد تقوية. يمزج رأس البثق الحاصل على براءة اختراع لـ Sphere Cube بشكل فعال المصفوفة والتعزيز لتحقيق التصاق مثالي للأول مع الأخير، وبعد ذلك، باستخدام مصدر حرارة، يتم معالجة المركب جزئيًا أو كليًا (صلب) كما هو مطلوب بمجرد البثق. تكمل أنظمة قطع الألياف وضغط المواد المترسبة النظام. تسمح هذه التقنية بمعالجة أنواع مختلفة من مصفوفات بالحرارة واستخدام ألياف تقوية مستمرة من أي نوع،
نود أن نشير إلى أنه بالإضافة إلى تطوير نظام البثق، قدمت Sphere Cube أيضًا براءة اختراع فيما يتعلق بإعداد ألياف التعزيز. من خلال استخدام آلة الربط، تكون التكنولوجيا قادرة على تحسين قابلية معالجة التعزيز، باستخدام مادة رابطة ذات مذيبات أقل، بطريقة أكثر استدامة من العمليات التقليدية المستخدمة حاليًا.
3DN: كيف تختلف عملية Sphere Cube عن العمليات الحالية المماثلة؟
“الاختلاف مع التقنيات المشابهة لتقنياتنا هو أنها تستخدم راتنجات المعالجة بالحرارة بواسطة ضوء الأشعة فوق البنفسجية، بينما في حالتنا، يتم استخدام مصدر حرارة. بالإضافة إلى ذلك، في حين أن منافسينا الرئيسيين يستخدمون أنظمة طباعة ثلاثية الأبعاد تعتمد على أذرع آلية ضخمة ومرهقة، فإن الطابعة ثلاثية الأبعاد التي طورتها Sphere Cube تعتمد على نظام خماسي المحاور بمتوسط حجم طباعة 400 × 400 × 400 مم تتميز بالدقة العالية.
3DN: ما هي الأسواق التي تستهدفها؟
تتيح لنا تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد الخاصة بنا إنتاج مكونات مركبة عالية الأداء، مما يضمن التفرد والتخصيص وتحسين أداء المكونات وتقليل الوزن. التطبيقات الرئيسية التي نعمل عليها حاليًا تتعلق بقطاعات الطيران (التي نعتبرها أول سوق حقيقي لشركة Sphere Cube)، والطب الحيوي، والرياضة، والقطاعات البحرية.
3DN: ماذا يمكن أن نتوقع من Sphere Cube في المستقبل؟
يشارك Sphere Cube في برنامج تسريع Takeoff ، والذي يشارك فيه CDP، و Plug and Play ، و Leonardo ، و Avio ، CRT Foundation و UniCredito ، مما سمح لنا بالبدء في التحقق من صحة المنتج مع العملاء المحتملين وتسريع نشاط التصنيع المضاف عالي الجودة. – مواد مركبة الأداء. بالإضافة إلى ذلك، أطلقنا للتو مشروعًا مدته ثلاث سنوات مع جامعة ما ركي بوليتكنيك وكاري فيرونا لتطوير المواد القائمة على أساس بيولوجي. أخيرًا، نريد أن نأخذ طابعتنا ثلاثية الأبعاد إلى الفضاء، وفي المستقبل، نخطط لإجراء تجارب في المدار للتحقق من صحة التكنولوجيا في الجاذبية الصغرى.
3DN: أي كلمات أخيرة لقرائنا؟
في عصر التحديات الهائلة، من غزو الكواكب الأخرى إلى تقليل انبعاثات الغازات الضارة إلى الصفر، تعد الطباعة ثلاثية الأبعاد هي التكنولوجيا التي يمكن أن تحدث فرقًا، حيث تقصر سلسلة التوريد وتجعل الأعمال أكثر مرونة.
طور علماء من جامعة فيرجينيا وجامعة كارنيجي ميلون وجامعة ويسك ونسن-ماديسون طريقة لاكتشاف ومنع تكون العيوب الهيكلية المعروفة باسم “ مسام ثقب المفتاح ” والتي يمكن أن تؤدي إلى تصنيع أجزاء مضافة ذات خصائص ميكانيكية رديئة. بتمويل من وزارة الطاقة، استخدم الفريق التصوير بالأشعة السينية والتصوير الحراري جنبًا إلى جنب مع محاكاة الفيزياء المتعددة لاكتشاف “تذبذب ثقب المفتاح” في اندماج طبقة مسحوق الليزر لسبائك التيتانيوم، Ti-6Al-4V.
ولكن ما هي بالضبط مسام ثقب المفتاح؟ حسنًا، كما تعلم، يتضمن اندماج طبقة مسحوق الليزر ذوبان ودمج جزيئات مسحوق المعدن بالليزر. إحدى المشكلات التي يمكن أن يسببها ذلك هي ثقب المفتاح (كما هو موضح في صورة الغلاف). تتشكل مسام ثقب المفتاح هذه بسبب زيادة مدخلات طاقة الليزر المركزة في منطقة معينة من الجزء. يؤدي هذا إلى تبخر المعدن لممارسة ضغط الارتداد، مما يؤدي إلى دفع سطح حوض الذوبان – هذه هي المنطقة التي صهر فيها الليزر المسحوق للتلبيد. يشكل البركة المنخفضة ثقبًا رئيسيًا يحدث فيه انعكاس الليزر وامتصاصه؛ يمكن أن تؤدي هذه الظروف غير المستقرة إلى انهيار ثقب المفتاح، حيث تتشكل فقاعات الغاز ويمكن أن تصبح عيوبًا في المسام عندما تكون عالقة في المادة بواسطة الطبقات الصلبة. يمكن أن تزيد هذه العيوب من إجهاد الأجزاء وتكون مواقع لتشكيلات الشقوق في المستقبل.
ما مدى انطباق النتائج على الصناعة؟
طور الباحثون، بقيادة Zhongshan Ren و Tao Sun في جامعة فيرجينيا، طريقة لمنع هذه الثقوب باستخدام التصوير بالأشعة السينية، مما يشير إلى ميل تذبذب ثقب المفتاح. استخدموا هذه المعلومات لبناء نموذج للتعلم الآلي يستخدم التصوير الحراري لاكتشاف ثقوب المفاتيح هذه. إنهم يعتقدون أن هذه النتائج قابلة للتطبيق بشكل كبير على الطباعة ثلاثية الأبعاد للصناعة. أكد صن قائلاً: “يوفر نهجنا حلاً قابلاً للتطبيق لاكتشاف عالي الدقة وعالي الدقة لتوليد ثقوب المفاتيح التي يمكن تطبيقها بسهولة في العديد من سيناريوهات التصنيع الإضافي.”
من المثير للاهتمام في هذا المشروع أن الفريق لم يستخدم فقط الأساليب التجريبية الفيزيائية. لقد استخدموا التعلم الآلي. وفقًا لـ Zhongshan Ren ، ” لقد غير هذا المشروع حقًا تصوري للتعلم الآلي … [إنه] أداة رائعة للبحث العلمي والتطبيقات الهندسية، طالما يمكن تفسير نتائجه.”
علاوة على ذلك، فإن التقنية التي استخدموها سهلة التطبيق على مشاريع أخرى. وفقًا لهم، فإن تحليل سلوكيات التذبذب ” عام وعملي “، مما يعني أنه لا يقتصر على بعض المشاريع فقط. يمكن للمهندسين استخدام التحليل لمنع ثقب المفتاح، وبالتالي جعل الأجزاء ذات الخصائص الهيكلية والميكانيكية أفضل مع تقليل مخاطر الفشل.
يُعرف التصنيع الإضافي بإنتاج أجزاء معقدة تخضع للعديد من متطلبات السلامة والكفاءة. في حالة المفاعلات النووية، تعتبر أهمية التفاصيل أمرًا بالغ الأهمية، وقد أثبتت الطباعة ثلاثية الأبعاد نفسها في الماضي. على سبيل المثال، لدى مختبر أوك ريدج الوطني (ORNL) بالفعل عدد من المشاريع التي تجمع بين الاثنين، على سبيل المثال تثبيت الأجزاء المطبوعة ثلاثية الأبعاد في محطة ألاباما النووية في عام 2021. علاوة على ذلك، فإن هذا بحد ذاته يعتمد على عملهم الخاص في عام 2020 عندما لقد قاموا بتصميم أول طابعة نووية مطبوعة ثلاثية الأبعاد على الإطلاق. وتجدر الإشارة أيضًا إلى أنه لإنشاء هذه الأجزاء، يبدو أن الطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاد هي الطريقة الأكثر شيوعًا وموثوقية.
الآن، في جامعة نورث داكوتا (UND)، تلقى روي سوغانا، أستاذ الهندسة الميكانيكية، تمويلًا للبحث عن حلول جديدة لتصنيع المكونات ودمجها في المفاعلات النووية. منحته المؤسسة الوطنية للعلوم ما يقرب من 250 ألف دولار لدراسة كيفية تسخير عمليات التصنيع المضافة لتصميم هذه الأجزاء.
مفاعلات نووية مطبوعة ثلاثية الأبعاد مصنوعة من الفولاذ المقوى
لصنع مكونات المفاعلات النووية المطبوعة ثلاثية الأبعاد، سيستخدم روي سوغانا وفريقه من الباحثين الفولاذ الأوس نيتي. السبيكة المعدنية مقواه بالنيتروجين، وسوف تستخدم كمادة خام أولية في عملية البناء. في الوقت الحالي، لم يتم تقديم أي معلومات حول الطابعة ثلاثية الأبعاد المستخدمة. تكمن الفكرة في معرفة ما إذا كانت هذه المكونات المطبوعة ثلاثية الأبعاد أكثر كفاءة من تلك المصممة بالطريقة التقليدية. توسعت Saugata ، “تحاول مجموعات بحثية مختلفة صنع المكونات باستخدام التصنيع الإضافي. تقليديًا، يتم تصنيع هذه المكونات من خلال الصب أو تزوير الحديد المطاوع، لكن لا يمكنك تعديل الخواص الميكانيكية أو البنية المجهرية بشكل صحيح. في التصنيع الإضافي، لدينا سيطرة أكبر على ذلك “.
سيتم إجراء تصميم الجزء في جامعة نورث داكوتا، بينما سيتم إجراء مزيد من التحليل في مختبر أوك ريدج الوطني (ORNL). بالإضافة إلى ذلك، سيركز اختبار المكونات على خصائصها الترا بولوجيه في درجات حرارة عالية. بالنسبة لأولئك الذين لا يعرفون، فإن علم الترا بولوجي هو علم التآكل والاحتكاك والتشحيم. وفقًا لروي سوغانا، هذه خطوة حاسمة في إنشاء المكونات.
واختتم بريان ترادني، عميد جامعة نورث داكوتا، بالقول: “أنا متحمس لأن هذه الجائزة الجديدة ستضيف المزيد من القدرات إلى الكلية وتدعم العمل المهم للدكتور روي، أحد أعضاء هيئة التدريس الموهوبين الجدد لدينا. سيؤدي هذا العمل إلى تطورات في تصنيع المواد المضافة إلى المعادن ولديه القدرة على المساهمة في جهود أبحاث UND في مجال الطاقة والأمن القومي”.
في أواخر العام الماضي، أعلنت الشركة الفرنسية 3DCeram Sinto عن إطلاق طابعة ثلاثية الأبعاد جديدة من السيراميك، C101 EASY، والتي تم تصميمها من أجل التطوير السهل والسريع للنماذج الأولية والأجزاء للجامعات ومراكز الأبحاث والصناعة. تم تقديم حل التصنيع الإضافي لاتفاقية مستوى الخدمة هذا، الذي تم تقديمه لأول مرة في Form next 20222022، وهو نسخة محسنة من C100 Easy السابق، نتيجة لعدة سنوات من البحث من أجل تقديم جودة وموثوقية أفضل للمستخدمين. ينضم النطاق الجديد إلى حلّين آخرين من الشركة الفرنسية، وهما C1000 FLEXMATIC وC3600 ULTIMATE، اللذان تم تطويرهما على التوالي لاحتياجات التصنيع والتخصيص الشامل.
منذ إنشاء 3DCeram في عام 2001، سعت الشركة جاهدة لتقديم حلول موثوقة لتصنيع إضافات السيراميك التي تلبي متطلبات جميع أنواع العملاء، من الصناعيين إلى مختبرات البحث. في عام 2017، طورت شركة 3DCeram Sinto مجموعة من الآلات الخاصة بالخزف التقني، والتي تحظى بتقدير في قطاعات مثل الطيران، والطب الحيوي، والسيارات، وصب الاستثمار، وأشباه الموصلات. اختارت الشركة الطباعة الحجرية المجسمة، وهي عملية تسمح لها بتحقيق مستويات عالية من الجودة. في غضون ثلاث سنوات، طورت شركة 3DCeram Sinto ثلاث آلات جديدة، مدفوعة بالابتكار والبحث عن أداء أفضل. قامت الشركة المصنعة أيضًا بتوسيع مجموعة المواد الخاصة بها، حيث تقدم السيراميك التقني مثل الأكاسيد (الزر كونيا، والألومينا، ولهيدروكسيداتي، والسي ليكور، وما إلى ذلك) وغير الأكاسيد مثل نتريد الألومنيوم ونتريد السيليكون.
C101 EASY، آلة السيراميك الجديدة من 3DCeram Sinto
هذا العام، ستعرض الشركة المصنعة الفرنسية لأول مرة ميزات C101 EASY، وهي مجموعة من آلات السيراميك تقدم حجم طباعة 100 × 100 × 150 ملم. يتوفر نموذجان: C101 EASY LAB للجامعات ومراكز الأبحاث وC101 EASY FAB للصناعيين. لقد عمل فريق 3DCeram Sinto على المكونات الميكانيكية (الشفرات، الماسحة، المحور Z) ولكن أيضًا على العناصر البصرية مثل الليزر من أجل الحصول على قدر أكبر من التكرار. بالإضافة إلى ذلك، يتم تسهيل الوصول إلى الجزء الداخلي من الماكينة من خلال مفهوم الباب الجديد.
النطاق مجهز بدعم لاستعادة السيراميك غير المعالج وخرطوشة إعادة التدوير. يمكن إزالة الخرطوشة وتغييرها بسهولة للسماح بإعادة التشغيل السريع للإنتاج. أخيرًا، يمكن للمستخدم اختيار خيارات مختلفة مثل SAM (كمية صغيرة من المواد)، والتي يمكن تعديل مقدارها، مما يتيح للمستخدمين بدء الطباعة باستخدام 10 مل فقط من السيراميك وفي 20 دقيقة فقط. خيار آخر هو تحويل الطابعة إلى حل هجين لإضافة مادة إضافية إلى السيراميك.
بالنسبة للجامعات ومراكز البحث، يعتبر C101 EASY LAB مثاليًا لتصنيع النماذج الأولية، وتطوير المواد وتوصيفها، وتطوير الملاط وتصميم الأجزاء المحسنة. بالنسبة للصناعيين، تم تكييف C101 EASY FAB مع إنتاج الأجزاء. إنه حل مثالي بشكل خاص لإتقان تصنيع المواد المضافة للسيراميك قبل الانتقال إلى نموذج صناعي أكثر مثل C1000 FLEXMATIC.
إنتاج السيراميك وتصنيع المواد المضافة
تم إطلاق طابعة SLA C1000 FLEXMATIC ثلاثية الأبعاد أيضًا في عام 2022، وهي تلبي احتياجات الإنتاج. يوضح 3DCeram Sinto: “إن الطابعة ثلاثية الأبعاد الجديدة لدينا هي نتيجة مزيج من الخبرة والمعرفة، وقدرتها على التشغيل الآلي وسطح الطباعة هما ما يطلق عليها اسمها. إن C1000 FLEXMATIC هو في الواقع مجموع الدراية الفنية لفرق 3DCeram Sinto بهدف بساطة الاستخدام في مواجهة متطلبات الإنتاج الصناعي. “
مُجهزة بصفيحة 320 × 320 × 200 مم، فهي تسمح بإنتاج سلسلة صغيرة وكبيرة. يمكن إزالة خزانها بسهولة لتقديم معالجة لاحقة شبه آلية. علاوة على ذلك، تتطلب الأجزاء المطبوعة عددًا قليلاً جدًا من دعم الطباعة – إن وجد – مما يوفر الكثير من الوقت. يتوفر الطراز C1000 FLEXMATIC أيضًا بخيارات مثل القدرة على إضافة ليزر ثاني لزيادة الإنتاجية.
نحو التخصيص الشامل مع طباعة السيراميك ثلاثية الأبعاد
لإكمال هذه المجموعة من الحلول، تقدم 3DCeram Sinto آلة تنسيق كبيرة هدفها التوجه نحو التخصيص الشامل. توفر الطابعة C3600 ULTIMATE حجم طباعة كبير جدًا لطابعة SLA ثلاثية الأبعاد – يبلغ مقاس اللوحة 600 × 600 × 300 مم. مجهزة بأربعة ليزر. يمكنه تصميم سلسلة كبيرة في وقت قياسي. إنه بالفعل أسرع 7 مرات من C101 EASY ويمكنه التنافس مع العمليات التقليدية.
على جانب التطبيق، يتم الآن استخدام C3600 ULTIMATE في قطاعات متطلبة مثل الطيران. على سبيل المثال، استغرق الأمر أقل من يوم لتصميم مرآة قمر صناعي بظهر شبه مغلق – وهو جزء لا يمكن إنتاجه بأي طريقة أخرى غير التصنيع الإضافي. يزن الجزء الأخضر من الألومينا 7 كيلوغرامات ويكلف 600 يورو، بما في ذلك إعادة التدوير.
هناك أيضًا هوائيات مطبوعة ثلاثية الأبعاد، تم تصميمها لأول مرة على C101 EASY FAB كنموذج أولي – عد 90 دقيقة لهوائي واحد؛ ثم يتم إنتاجه بكميات كبيرة على C3600 ULTIMATE – 36 جزءًا مطبوعًا في 16 ساعة أو أقل من 27 دقيقة لكل هوائي. يبلغ قياس كل منها 79 × 79 × 12.5 ملم.
من المثير للاهتمام أن نرى كيف تكمل حلول الطباعة ثلاثية الأبعاد 3DCeram Sinto بعضها البعض وكيف نجحت الشركة في تخيل نظام بيئي لتلبية الاحتياجات على طول سلسلة القيمة بأكملها.
على مدى العقود الماضية، كان عدد سكان العالم يتزايد باطراد، مما يعني أنه يجب استيعاب هؤلاء الأشخاص في مكان ما. وبالتالي، مع هذا العدد المتزايد، يجب أيضًا زيادة عدد أماكن الإقامة. تعتبر المنتجات الأسمنتية (بما في ذلك الأسمنت والخرسانة) ضرورية لبنائها، والتي تعد من بين الموارد الأكثر استخدامًا في الوقت الحاضر. إذا ألقينا نظرة على الدراسة التي أجرتها إدارة الشؤون الاقتصادية والاجتماعية التابعة للأمم المتحدة (شعبة السكان) للتنبؤ بسكان العالم في السنوات القادمة، فقد يعني ذلك أنه بحلول عام 2060 سيكون هناك بالفعل أكثر من عشرة مليارات شخص يعيشون على هذا الكوكب. بالنظر إلى إنتاج الأسمنت، الذي يمثل حاليًا حوالي 8 ٪ من إجمالي انبعاثات ثاني أكسيد الكربون، فمن المرجح أن يزداد هذا أكثر في صناعة البناء. نتيجة لذلك، قام فريق من الباحثين يتألف من Ankita Gangotra و Emanuela Del Gado و Joanna I. Lewis ، وجميعهم يعملون في جامعة جورج تاون في الولايات المتحدة الأمريكية، بدراسة إمكانيات الطباعة ثلاثية الأبعاد باستخدام الأسمنت وما يرتبط بها حماية المناخ.
يعد التهديد الذي يتهدد كوكبنا من ثاني أكسيد الكربون مشكلة خطيرة ومتنامية، وبما أن إنتاج واستخدام الأسمنت يلعبان دورًا رئيسيًا في ذلك، فسوف يتطلب الأمر طباعة ثلاثية الأبعاد لتحقيق حيادية الكربون فيما يتعلق بسلسلة توريد الأسمنت والخرسانة بحلول منتصف هذا القرن. الهدف الذي يتصدى له الباحثون في سياق عملهم مكرس لإزالة الكربون في قطاع الأسمنت. وهذا يعني حدوث تغيير في طريقة إدارة الاقتصاد، مما يؤدي إلى تقليل انبعاثات الكربون.
هل حماية المناخ ممكنة من خلال الطباعة ثلاثية الأبعاد بالأسمنت؟
نحن نعلم أن التصنيع الإضافي في قطاع البناء يوفر لنا توفيرًا في المواد والوقت والتكاليف، ويقلل أيضًا من عبء العمل البشري، ولكن عند النظر في الاحتمالات فيما يتعلق بحماية المناخ، يذكر الباحثون أن الطباعة ثلاثية الأبعاد لا يزال لديها الكثير من الإمكانات. بالإشارة إلى سلسلة توريد الأسمنت، يمكن تقليل انبعاثات غازات الاحتباس الحراري بشكل مستدام باستخدام الطباعة ثلاثية الأبعاد. بدءًا من إنتاج الخائط القابلة للطباعة ثلاثية الأبعاد وتنتهي بالاستخدام النهائي وبالتالي تشييد المباني. في الخطوة الأولى من سلسلة التوريد هذه، ذكر الباحثون أن هذا قد يشمل إنتاج خائط إسمنتية ثلاثية الأبعاد منخفضة الكربون قابلة للطباعة تم تعزيزها بمواد أسمنتية أخرى. على سبيل المثال، يمكن أن يشمل ذلك النفايات الصناعية مثل الرماد المتطاير أو الخبث، ولكن يمكن أن تشتمل أيضًا على مواد تكونت بشكل طبيعي مثل الطين. تمضي الورقة البحثية لتقول إنه يمكن أيضًا استخدام مواد رابطة بديلة مثل الجي بوليمرات والمواد المعاد تدويرها من الخرسانة التقليدية لهذا الغرض. كل هذه العوامل لتجديد خليط الأسمنت للطباعة ثلاثية الأبعاد اللاحقة يمكن أن تؤدي إلى تقليل الانبعاثات.
إذا نظرنا إلى عملية الطباعة ثلاثية الأبعاد نفسها، يذهب الباحثون ليقولوا إن عوامل مثل تقليل نفايات المواد تؤدي إلى توفير الانبعاثات، لأن الطباعة ثلاثية الأبعاد تستخدم فقط كمية المواد المطلوبة في النهاية. يمكن رؤية المزيد من إزالة الكربون في إمكانية المواد، والتي يمكن الحصول على بعضها من المناطق المحلية، مما يمنع الموارد من الاضطرار إلى السفر لمسافات طويلة للتسليم وبالتالي يمكن أيضًا توفير الانبعاثات. ومع ذلك، بالإضافة إلى كل هذه العوامل المؤثرة المباشرة التي يمكن أن تسهم في حماية المناخ، فإن الآثار البيئية الضارة مثل تكوين الضباب الدخاني، وإنشاء أنواع الوقود الأحفوري أو التخنث مهمة أيضًا.
ولكن إذا تم استخدام الطباعة ثلاثية الأبعاد للأسمنت كطريقة فريدة لتحقيق أهداف المناخ، فإن هذا يتطلب تحكمًا وثيقًا. ترتبط عناصر التحكم هذه بشكل أساسي بخصائص التدفق أثناء الطباعة ثلاثية الأبعاد، ولكنها تتعلق أيضًا بتوحيد الطبقات المطبوعة.
الاستراتيجيات العالمية لاستخدام الطباعة ثلاثية الأبعاد
تتضح حقيقة أن ورقة البحث هذه متوافقة مع العصر عندما ننظر إلى الاستراتيجيات الدولية للبلدان التي تعطي الأولوية للطباعة ثلاثية الأبعاد في قطاع البناء، بما في ذلك الأسمنت. على سبيل المثال، في يناير 2021، قررت وزارة الدفاع الأمريكية تطوير التصنيع الإضافي، بما في ذلك الطباعة ثلاثية الأبعاد في البناء الخرساني. وبناءً على ذلك، سلطوا الضوء على الضرورة الملحة لمزيد من التطورات السياسية. في عام 2021، دبي وضع هدفًا طموحًا لاستخدام الطباعة ثلاثية الأبعاد لتصنيع 25٪ من جميع المباني الجديدة التي تم بناؤها بحلول عام 2030. وفي الصين، تم أيضًا زيادة التمويل الحكومي للطباعة ثلاثية الأبعاد باستخدام الأسمنت واستخدامه في العديد من مشاريع البناء الكبرى. إذا كنت ترغب في معرفة المزيد عن هذا المشروع المثير للطباعة ثلاثية الأبعاد باستخدام الأسمنت في قطاع البناء،
أضافت Stratasys إلى مجموعة مواد طب الأسنان الخاصة بها مع إطلاق True Dent ، وهو رأتني أسنان واضح وواقعي، وهو أول منتج تمت الموافقة عليه من قِبل إدارة الغذاء والدواء من Stratasys. تم تصميمه ليتم استخدامه حصريًا مع طابعة Stratasys J5 Denta Jet ثلاثية الأبعاد ومنصة برامج Grab CAD Print (شركة برمجيات طباعة ثلاثية الأبعاد مملوكة لشركة Stratasys). سيتم استخدام True Dent للطباعة ثلاثية الأبعاد لأجزاء الأسنان، بما في ذلك أطقم الأسنان والتيجان والجسور المؤقتة. سيوفر راتج الأسنان لمختبرات الأسنان الفرصة لإنتاج مجموعة من الأجهزة متعددة الألوان متجانسة على صينية واحدة من أجزاء مختلفة.
يتمتع الراتين بقوة انثناء نهائية تبلغ 85 ميجا باسكال، وهو ما يتجاوز بكثير الحد الأدنى الضروري البالغ 65 ميجا باسكال. من حيث معامل الانحناء (بمعنى قدرة المادة على مقاومة التوتر)، لها قيمة ≥2300 ميجا باسكال، والحد الأدنى القانوني هو ≥2000 ميجا باسكال. قيمة الامتصاص لراجت True Dent هي ≤ 32 ميكروغرام / مم ^ 3 (الامتصاص يتم امتصاصه وامتصاصه كإجراء واحد)، أخيرًا، قابلية ذوبان المادة هي ≤1.1 ميكروغرام / مم ^ 3، أقل من الحد القانوني وهو 1.6 ميكروغرام / مم ^ 3.
تعد الطباعة ثلاثية الأبعاد مهمة لصناعة طب الأسنان لأنها تتيح للمهنيين فرصة إنتاج منتجات مخصصة في إطار زمني أقصر مقارنة بالطرق التقليدية مثل الطحن. يمكن أن تتراوح الخدمات من إنتاج أجهزة تقويم الأسنان مثل تقويم الأسنان، إلى إنتاج أطقم الأسنان والتيجان والجسور. قد تتذكر أمثلة سابقة للطباعة ثلاثية الأبعاد في الصناعة، على سبيل المثال دراسة لإظهار المزايا التقنية في إنتاج التيجان؛ أظهر الباحثون أن التيجان المطبوعة ثلاثية الأبعاد كانت أكثر صحة للنموذج مقارنة بالطحن. بالإضافة إلى Stratasys ، يشمل اللاعبون الرئيسيون الآخرون في السوق Form labs بنموذج 3B + (ترقية على النموذج 3B).
في عام 2010، كجزء من حركة RepRap ، قرر فريق من المتحمسين الهولنديين بناء طابعة FDM خاصة بهم، Elser Bot ، في Fa blab. بعد عام، في عام 2011، أسس هذا الفريق نفسه شركة Ultima Ker من خلال تسويق طابعة Proto box / Original FDM. منذ تأسيسها في عام 2010 من قبل Martijn Elserman و Erik de Bruijn و Siert Wijnia ، أصبح Ultima Ker أحد رواد الطباعة المكتبية FDM ثلاثية الأبعاد.
على مر السنين، واصلت الشركة توسيع خط طابعاتها ثلاثية الأبعاد FDM وطوّرت واحدة من أكثر آلات التقطيع شيوعًا حتى الآن، Cura . في الوقت نفسه، أنشأت الشركة وحدة الإدارة (ex-Cura Connect) و Digital Factory ، وكلاهما واجهات للتحكم عن بعد.
في غضون ذلك، خضعت Ultimaker مؤخرًا لتغيير كبير عندما اندمجت مع منافستها التاريخية Makerbot العام الماضي. نتج عن هذا الاندماج العلامة التجارية الجديدة UltiMaker ، وS7، الذي تم إصداره في 24 يناير، هو أول منتج يتم تسويقه. على الرغم من أنها أول طابعة ناتجة عن اندماج الكيانين، إلا أن UltiMaker S7 يسير على خطى سلسلة SS،التي أثبتت نفسها مع طرازي S3 وS5. في الأساس، تم طرح S7 كنسخة محسنة من S5، بعد عام من البحث والتطوير، بهدف معالجة جميع أوجه القصور فيه. علاوة على ذلك، يعد بتحسين إمكانية الوصول وسهولة استخدام طباعة FDM ثلاثية الأبعاد.
قبل أيام قليلة من إطلاقه، أتيحت لنا الفرصة لوضع هذا الجهاز الجديد على منصة الاختبار الخاصة بنا. اقرأ مراجعتنا الكاملة أدناه واكتشف جميع ميزات وخصائص UltiMaker S7 مباشرة من 3Dnatives Lab.
فك تغليف طابعة UltiMaker S7 3D
بدأنا اختبارنا عن طريق تفريغ S7، والذي يأتي مُجمَّعًا مسبقًا بالكامل باستثناء حامل التخزين المؤقت. بمجرد إخراج الطابعة من صندوقها وتحريرها من وسائل حماية النقل، قمنا بتثبيتها على طاولة للاختبار. للوهلة الأولى، على الرغم من أنه أطول، يبدو S7 مشابهًا جدًا لـ S5. يمكن تفسير ذلك من خلال حقيقة أنه يعيد استخدام العديد من المكونات من S5. على سبيل المثال، تشترك الطابعتان في نفس الحركة الديكارتية ونظام الطباعة الأساسي، ونفس جودة التصنيع ونفس حجم الطباعة 330 × 240 × 300 مم (19.5 × 23 × 31.5 بوصة).
بمجرد فتح الباب المغلق، اكتشفنا الملحقات المختلفة التي تأتي مع الماكينة. داخل صندوق الملحقات، يوفر UltiMaker 3 نوى طباعة (2 AA BB واحد)، وحامل بكرة لكرتين (مزودان بقارئ RFID / NFC للتعرف على البكرات المحملة)، ومفك براغي، وكابل RJ45 / Ethernet ، وكابل فارغ محرك أقراص فلاش USB، شحم وزيوت التشحيم. بالإضافة إلى ملحقات الصيانة (زيوت التشحيم، والشحوم) المقدمة، كنا نقدر وجود بعض الأدوات الإضافية مثل زوج من كماشة القطع، أو زوج من كماشة الأنف الإبرة أو زوج من الملقط. في الطابعة ثلاثية الأبعاد، وجدنا أيضًا لوحة التصميم وبكرتي خيوط.
عند فحص S7 عن كثب، على الرغم من أنه مشابه جدًا من الناحية المرئية لـ S5، فقد رأينا بعض الاختلافات الملحوظة:
أولاً، يحتوي S7 على غرفة طباعة مغلقة بالكامل (للتذكير، كان S5 مفتوحًا في الأعلى) ومجهز بما يسمى Air Manager للتحكم في درجة الحرارة بشكل أفضل وترشيح الهواء. بشكل ملموس، يراقب مقياس الحرارة من خلاله درجة حرارة غرفة الطباعة ويضبط سرعة مروحة الشفط لتنظيم درجة الحرارة.
ثانيًا، قامت Ultima Ker بتجهيز S7 بصينية طباعة فولاذية مغناطيسية مرنة جديدة مع طلاء PEI. يحل هذا الدرج القابل للعكس محل الدرج الزجاجي المستخدم سابقًا في طابعات Ultima Ker ثلاثية الأبعاد الأخرى. يبر Ultima Kerer هذا التغيير كطريقة لزيادة الموثوقية. بناءً على ملاحظات العملاء، خلص Ultima Ker إلى أن حوالي واحدة من كل ست مطبوعات فاشلة ترجع إلى ضعف التصاق الطبقة الأولى. لذلك، من خلال لوحها الجديد المطلي بزخرفة PEI، تعد Ultima Ker بتخفيض بنسبة 50٪ في عيوب الطباعة المرتبطة بضعف التصاق الطبقة الأولى.
ثالثًا، يتميز Ultima Ker S7 بمستشعر حثي لتحسين تسوية السرير. تم تجهيز S3 وS5 بأجهزة استشعار سعويه للتحقيق. لكن Ultima Ker أدرك أن هذا المستشعر قد يتزعزع أحيانًا بسبب التداخل الكهرومغناطيسي. لذلك يستخدم S7 مستشعرات استقرائية، وهي أقل حساسية للضوضاء والتداخل الكهرومغناطيسي لضمان الحصول على بيانات أفضل.
رابعًا، تم تجهيز S7 بأجهزة استشعار ودبابيس لتجنب التعامل مع الأخطاء قدر الإمكان. وبالتالي، تتحقق الطابعة من تثبيت الدرج وأن الغطاء الأمامي مغلق قبل بدء الطباعة. علاوة على ذلك، يتم محاذاة الثقوب الموجودة في الزوايا الأربع من لوحة الطباعة على مسامير معدنية صغيرة لضمان المحاذاة الصحيحة للوحة.
خامسًا، توفر زاوية الرؤية الأوسع للكاميرا والدقة المتزايدة رؤية أفضل للمطبوعات للمراقبة عن بُعد.
سادساً، يتميز الجزء الأمامي من S7 بباب زجاجي واحد بدلاً من الباب المزدوج المتأرجح الموجود في S5.
النقطة السابعة والأخيرة، يشتمل S7 على اتصال Wi-Fi بسرعة 5 جيجا هرتز (بالإضافة إلى 2.4 جيجا هرتز الموجود بالفعل في S3 وS5).
بصرف النظر عن هذه الاختلافات السبعة الملحوظة، ينضم Ultima Ker S7 إلى S3 وS5 لتعزيز خط Ultima Ker S. عائلة من الطابعات الديكارتية ثلاثية الأبعاد FDM التي تتميز بآلات بثق مزدوجة بودين ورؤوس طباعة مملوكة قابلة للتبديل تسمى “قلب الطباعة”. ميزة أخرى لسلسلة S هي أن جميع الطابعات بها:
شاشة ملونة تعمل باللمس مقاس 4.6 بوصة؛
نظام حركة يستخدم قضبان فولاذية ومحامل كروية، 3 محركات متدرجة Nema 17 وبكرات وأحزمة؛
هيكل مصنوع من صفائح الألمنيوم المشكّلة وألواح الأكريليك، مع بعض القطع البلاستيكية المصبوبة بالحقن.
تثبيت طابعة Ultima Ker S7 3D
يكاد Ultima Ker S7 جاهز للاستخدام فور إخراجه من الصندوق. كل ما عليك فعله هو تثبيت لوحة الطباعة المغناطيسية، ونواة الطباعة الثانية، وحامل الفتيل وتحميل الفتيل لبدء الطباعة. أثناء فحص S7 الخاص بنا، لاحظنا أن الطابعة التي كنا نختبرها لم تكن مشحمة بشكل كافٍ وأن قضبان الصلب الخاصة بالمحور Y كانت فضفاضة بعض الشيء. لذلك قررنا تصحيح هذا قبل مواصلة الاختبار وتجنب مشاكل الطباعة المحتملة. يمكن أن تحدث هذه المشكلات أيضًا على الطابعات ثلاثية الأبعاد S3 وS5 أثناء النقل، ولكن من السهل تصحيحها.
كما لاحظت، لم نذكر التسوية اليدوية للدرج حتى الآن. ولسبب وجيه، تم إلغاء هذه الخطوة من عملية التثبيت بفضل معايرة المصنع التي يقوم بها Ultima Ker أثناء التجميع. هذا يعني أن الدرج لن يتم تسويته يدويًا أبدًا وسيضمن مستشعر الحث أن تكون الطباعة موازية تمامًا للدرج.
مثل S5، سيكون S7 متوافقًا مع مجموعة التوسعة المعدنية التي أصدرتها الشركة المصنعة قبل بضعة أشهر. باستخدام هذه المجموعة، يمكن للمستخدمين طباعة الأجزاء المعدنية الخضراء التي سيتم بعد ذلك تلبيدها بواسطة خدمة الشريك لتشكيل طباعة معدنية ثلاثية الأبعاد نهائية. على الرغم من أننا لم نتمكن من اختبار هذه المجموعة بأنفسنا، فقد تمكنا من وضع أيدينا على كل من الأجزاء الخضراء والمُلبدة وتمكنا من مشاهدة أداء طابعات Ultima Ker S على طباعة الشعيرات المملوءة بالمعدن.
ومع ذلك، على الرغم من أن وظائف S7 تجعلها أقرب إلى S5 المجهزة بالحزمة الاحترافية (بفضل مدير الهواء المتكامل على وجه الخصوص)، سيكون من الضروري إضافة محطة المواد للاستفادة الكاملة من عرض مماثل والاستفادة من تخزين الفتيل في ظروف مثالية بالإضافة إلى التغيير التلقائي للفتيل.
برنامج كيروا وواجهة المصنع الرقمي
كما ذكرنا سابقًا، تشترك S7 في أوجه تشابه قوية مع بقية خط S من حيث المكونات والتصنيع، ولكن يتم تعزيز أوجه التشابه هذه من جانب البرنامج. في الواقع، تستخدم جميع الطابعات الثلاث نفس برنامج التقطيع المفتوح المصدر الداخلي، Cura ، ويمكن التحكم فيه عن بُعد، محليًا أم لا، من خلال واجهة الويب Digital Factory Ultima Ker.
في حين أن جميع الطابعات الثلاث تستخدم الآن نفس الإصدار من Cura ، فقد تغيرت آلة التقطيع بشكل كبير منذ إطلاق طابعة S5 3D في عام 2018. ومنذ ذلك الحين، أضاف Ultima Ker أكثر من 280 مادة تابعة لجهات خارجية إلى Cura بالإضافة إلى تشكيلته المكونة من 12 مادة مملوكة. مواد. بالإضافة إلى مجموعة متنوعة من المواد المتاحة، يتم تحديث Cura بانتظام لتحسين سرعة الطباعة ووقت ما قبل الطباعة (تحسين تسلسل التسخين والتحقيق) والموثوقية أو ملفات تعريف الطباعة. علاوة على ذلك، من المهم ملاحظة أن كيروا هي بالفعل أكثر شرائح التقطيع شعبية في السوق. إنه مفتوح المصدر ومتوافق مع مجموعة واسعة من الآلات، ويتضمن جميع الميزات الأساسية بالإضافة إلى المزيد من الميزات المتقدمة مثل دعائم الأشجار وحشو البرق.
بالنسبة لهذا الجهاز الجديد، تم إصدار S7، تحديث جديد لـ Cura ، 5.2.2، في يوم الإطلاق ليشمل ملفات تعريف S7. بالإضافة إلى تحديثات برنامج Cura Slicing ، تضمن Ultima Ker طول عمر أجهزتها من خلال تحديثات البرامج الثابتة المنتظمة. عندما بدأنا تشغيل S7 لأول مرة، طُلب منا تحديثه بأحدث البرامج الثابتة المتاحة. على الرغم من أن البرامج الثابتة الخاصة بـ S7 لا تزال تحتوي على بعض الأخطاء الصغيرة والتباطؤ في وقت الاختبار، فقد لاحظنا أن Ultima Ker يعمل بنشاط على تصحيحها عبر التحديثات المنتظمة.
أخيرًا وليس آخرًا، يمكن للمستخدمين أيضًا الوصول إلى Digital Factory. من خلال هذا، يمكن التحكم في طابعات Ultima Ker 3D عن بعد للاستخدام الشخصي أو بالتعاون مع إنشاء فريق من المستخدمين. بالإضافة إلى التحكم عن بعد في الطابعات، تنصح Digital Factory المستخدم أيضًا بالصيانة لضمان التشغيل الأمثل للآلات بمرور الوقت.
المطبوعات الأولى
بمجرد استيراد ملفنا الأول وتقطيعه إلى شرائح في Cura ، بدأنا طباعتنا، عبر محرك أقراص USB المصاحب، باستخدام التخزين المؤقت PLA Tough الذي يأتي مع S7. بمجرد الانتهاء من الطباعة، اكتشفنا للأسف أن نماذجنا المختلفة قد سقطت من الدرج وأن الطباعة قد فشلت. نظرًا لأن هذا الاختبار الأول تم إجراؤه قبل الإصدار الرسمي لـ S7، فلا يزال لدينا إصدار قبل التحديث يشتمل على ملفات تعريف S7، لذلك قمنا بتقسيمه باستخدام ملفات التعريف الافتراضية لـ S5.
ولكن عندما تم توفير الإصدار الجديد من Cura ، قررنا إعادة الاختبار مع الملفات الشخصية الجديدة التي تم تطويرها خصيصًا لـ S7. بالإضافة إلى ذلك، قمنا بتنظيف اللوحة باستخدام كحول الأيزو بر وبيل. هذه المرة، سارت الطباعة كما هو متوقع وتم إعادة إنتاج النماذج بأمانة مع تفاوتات مثبتة تصل إلى 0.2 مم. يُظهر النموذج بعض “السباغيتي”، وهي ظاهرة يمكن القضاء عليها عن طريق ضبط عمليات سحب الطارد.
خلال اختباراتنا، أتيحت لنا الفرصة لاختبار مجموعة متنوعة من المواد التي تُظهر قدرات طابعة FDM ثلاثية الأبعاد الجديدة هذه. سمح لنا PLA Tough بالحكم على إمكانيات الماكينة (التسامح، والامتثال للأبعاد، والجسور، والكابولي، …) بينما سمحت لنا المواد الأكثر تعقيدًا مثل PA-HT CF15 باختبار التوافق الذي توفره مراكز الطباعة المتاحة بالإضافة إلى الفوائد من علبة الطباعة المرفقة والمدير الجوي المتكامل. مع مجموعة متنوعة من نوى الطباعة المتاحة وقدرة ماكينات UltiMaker على الوصول إلى درجات حرارة البثق 300 درجة مئوية، طابعات UltiMaker S متوافقة مع المواد الليفية والمعادن. بالإضافة إلى ذلك، يتم تسخين لوحة الطباعة ويمكن أن تصل إلى 110 درجة مئوية.
في أول طبعة لدينا في PA-HT CF15، لاحظنا الكثير من السباغيتي وفي أحد نماذجنا، كانت الطبقات تؤتي ثمارها. تعتبر مشكلات الطباعة هذه سمة مميزة للخيوط الرطبة ويمكن التعرف عليها أيضًا من خلال صوت الماء المغلي أثناء الطباعة. بمجرد اكتمال هذه الطبعة الأولى، قمنا بتجفيف الفتيل وأعدنا اختباراتنا. بمجرد جفاف الفتيل، تم تشغيل المطبوعات بنجاح وتمكنت من إعادة إنتاج تفاصيل النماذج المقطعة بتفاصيل دقيقة. أو على أي حال، لم نلاحظ أي عيوب معينة في الطباعة.
بالإضافة إلى اختبار مطبوعات الطارد الفردي، قررنا استخدام جوهر الطباعة الثاني لطباعة تصميمات أكثر تعقيدًا تتطلب ركائز قابلة للذوبان. بمجرد إجراء هذه المطبوعات، قمنا بتبسيط المعالجة اللاحقة عن طريق غمر الطباعة في “محطة إزالة PVA” والتي تسمح بتحريك الماء لتسريع تفكك دعامات PVA القابلة للذوبان.
أطلق المعهد الألماني لأبحاث النسيج والألياف مؤخرًا مشروعًا بحثيًا لتطوير طريقة مبتكرة للطباعة ثلاثية الأبعاد للمواد المركبة. الهدف هو إنتاج مكونات معززة بألياف حيوية ومستدامة مثل ألياف السليلوز. تعاون فريق المشروع مع الشركة المصنعة للآلة Arburg لتطوير رأس طباعة يمكنه بثق ألياف السليلوز المستمرة المدمجة في مصفوفة أساسها السليلوز. سيسمح المشروع، الذي تموله وزارة التعليم والبحث الفيدرالية الألمانية، بالاعتماد على مادة متوفرة بكثرة اليوم وتصميم أجزاء أكثر متانة تستفيد استفادة كاملة من الطباعة ثلاثية الأبعاد المركبة.
مشروع البحث هو مثال على كيفية استلهامنا من الطبيعة ودمجها مع التصنيع الإضافي. في حالتنا، نحن نتحدث عن التصنيع الإضافي مع المواد المركبة. ربما دون أن نعرف ذلك، نحن محاطون بمركبات: الخشب، والنباتات، وحرير العنكبوت، أو حتى الجلد. توفر هذه الألياف الطبيعية خصائص مثيرة للغاية، سواء من حيث القوة أو حتى الخفة. فلماذا لا تستخدمها للطباعة ثلاثية الأبعاد؟
التحدي الأكبر هو إدارة درجة الحرارة. وذلك لأن الألياف الطبيعية – مثل ألياف السليلوز – حساسة جدًا لدرجات الحرارة المرتفعة، مما يحول دون إمكانية العمل مع مصفوفة بلاستيكية من نوع PLA أو ABSABS، حيث يجب تسخين اللدائن الحرارية بدرجة كافية ليتم تطبيقها طبقة تلو الأخرى. لذلك كان على الفريق التفكير في كل من مصفوفة جديدة وعملية طباعة ثلاثية الأبعاد باستخدام السليلوز الذي يلبي قيود درجة الحرارة هذه.
لذلك تصور حل مصفوفة أساسه السليلوز. يوفر البيان الصحفي الرسمي التفسير التالي: ” يتم تثبيت خيوط ألياف السليلوز أولاً باستخدام مادة رابطة لتتم معالجتها في الطابعة. يحول رأس الطباعة المطور خصيصًا المادة الرابطة إلى مصفوفة تُغطى بها ألياف السليلوز المستمرة. نظرًا لأن ألياف السليلوز والمصفوفة لها هياكل كيميائية متشابهة، فإن المكون المركب يكون مستقرًا بشكل خاص. ” باستخدام حل التحسين الطوبولوجي، تمكن الفريق أيضًا من تحديد مكان وضع الألياف المستمرة بالضبط، أي في الاتجاه الصحيح بالنسبة للحمل المطبق على كل جزء.
الخصائص الميكانيكية، مثل مقاومة الكسر، جيدة بشكل استثنائي. يمكن أيضًا استخدام طريقة التصنيع القائمة على الحلول والموفرة للطاقة التي طورها فريق البحث في عمليات أخرى لإنتاج المواد المركبة. إنها مناسبة بشكل خاص لمعالجة المواد الحساسة لدرجات الحرارة التي يزداد الطلب عليها، مثل الألياف الطبيعية أو ألياف السليلوز.
بالنظر إلى النتائج التي تم الحصول عليها، يبدو أن الأجزاء تتمتع بقوة كسر جيدة جدًا. قد تكون طريقة الطباعة ثلاثية الأبعاد المركبة هذه مثيرة للاهتمام بشكل خاص للعمل مع مواد أكثر حساسية لدرجة الحرارة ولن تقتصر على الألياف الطبيعية.
ليس من السهل اليوم تقديم تعريف عالمي لسلعة المستهلك: من الضروريات الأساسية مثل الطعام الذي نشتريه بشكل أكثر انتظامًا، إلى المنتجات المعمرة مثل السيارات أو الأجهزة الإلكترونية، القائمة طويلة. هناك شيء واحد مؤكد، يتم بيع هذه المنتجات للمستهلك النهائي الذي يبحث عن منتج يناسبهم ويتناسب مع رغباتهم. وإذا كانت هناك طريقة تصنيع توفر خيارات تخصيص للسلع الاستهلاكية، فهي طباعة ثلاثية الأبعاد. في بعض الحالات، يسمح أيضًا للمستهلك بالمشاركة في إنشاء الكائن النهائي – على سبيل المثال، في صناعة الأحذية، يتم إنشاء حذاء رياضي بعد أن يقوم مرتديها بمسح قدميه.
بفضل التصنيع الإضافي، يمكن لقطاع السلع الاستهلاكية تقديم منتجات حسب الطلب تكون أيضًا أكثر كفاءة وراحة وجمالية وعملية. هذا هو المكان الذي تكمن فيه القيمة المضافة للطباعة ثلاثية الأبعاد: فهي تحسن وظائف المنتج مع احترام احتياجات المستهلك النهائي. لكن كيف يمكن استخدامها عمليًا؟ دعنا نلقي نظرة على بعض الأمثلة في الصناعات الرئيسية مثل المنسوجات والأحذية والنظارات ومستحضرات التجميل والرياضة والسيارات. القائمة ليست شاملة، فهناك بالفعل العديد من التطبيقات في السوق!
نظارات مخصصة لوجهك وذوقك
أحد أكثر التخصيصات إثارة التي تتيحها الطباعة ثلاثية الأبعاد عندما يتعلق الأمر بالسلع الاستهلاكية هو القدرة على تصميم منتج يناسب جسده. في صناعة النظارات، تخصيص النظارات الخاصة بكأوا النظارات الشمسية ذات الطباعة ثلاثية الأبعاد، مما يعني أنه من خلال مسح وجهك، يمكنك إنشاء إطار مخصص فريد من نوعه. الشركات المصنعة للنظارات التي تقدم هذه التقنية، على سبيل المثال، الشركة الإسبانية Horizons Optical أو شركة Youm Awo الألمانية. العملية بسيطة. يقوم كلا المصنّعين بمسح وجه العميل بأبعاد ثلاثية لجمع البيانات البيو مترية. بعد ذلك، باستخدام البرنامج، يمكن للعميل تجربة النظارات فعليًا والاختيار من بين مجموعة من خيارات الألوان والتصميم للإطارات. يتم بعد ذلك طباعة النظارات المختارة ثلاثية الأبعاد، في حالة Horizons Optical باستخدام تقنية HP MJF، بينما تعتمد Youm Awo على تقنية EOS’s SLS. تتمثل ميزة استخدام التصنيع الإضافي في هذا المجال في الحصول على منتج في وقت قصير، بتصميمات أكثر تعقيدًا ومواد أقوى وأخف وزنًا.
أحذية مطبوعة ثلاثية الأبعاد
عندما يتعلق الأمر بأحذيتنا، فإن أول شيء يجب تذكره هو تفرد كل قدم، فضلاً عن أهمية سهولة الارتداء والراحة. حقيقة أن هناك عددًا لا يحصى من أشكال وأحجام القدم تجعل من الصعب للغاية على بعض الأشخاص العثور على زوج الأحذية المناسب. هذا هو المكان الذي تأتي فيه الطباعة ثلاثية الأبعاد، مما يسمح بإضفاء الطابع الشخصي على الأحذية – وهناك بالفعل بعض الأمثلة التي تثبت مدى أهمية ذلك لأقدامنا! على سبيل المثال، قامت مجموعة من الطلاب الإسبان في مدرسة Elisava School للتصميم بتصميم حذاء Athos للتسلق، والذي قدم للمتسلقين الهواة والمحترفين أداءً وراحة أفضل، مع مراعاة الاحتياجات المحددة لمرتديها. أيضا في الرقص الكلاسيكي، actable أصدروا حذاءاك مصنوعًا من الطباعة ثلاثية الأبعاد. كانت الفكرة هي تحويل أحذية الباليه، التي تتعطل بالفعل بسرعة، من منتج يمكن التخلص منه إلى حذاء مستدام ودائم مع تلبية احتياجات مرتديها الفردية. في مجال النعال، حقق Waive والدكتور شول، الرائدان في السوق في مجال العناية بالقدم، طفرة في تطبيق الهواتف الذكية. هنا، يمكن للعملاء مسح أقدامهم مباشرة من المنزل ثم طلب نعل داخلي مخصص بطباعة ثلاثية الأبعاد تم قياسه بـ 400 نقطة على أقدامهم.
تقدم الملابس المطبوعة ثلاثية الأبعاد قطعًا فريدة وراقية
الموضة هي صناعة معروفة بالقطع الغريبة والسعي الدائم للأصالة بين المصممين والمستهلكين على حد سواء. مع انتشار “الموضة السريعة” والإفراط في الاستهلاك، يمكن أن توفر الطباعة ثلاثية الأبعاد بديلاً. يمكن للطرفين استخدام التكنولوجيا لتأكيد فرديتهما الإبداعية في تصنيع عناصر فريدة. على سبيل المثال، لدينا ميراندا ماركيز، مصممة إسبانية تعتقد أن المستهلكين يجب أن يكونوا قادرين على طباعة ملابسهم الخاصة باستخدام التكنولوجيا في المنزل، والتي يقدم موقع الويب الخاص بها هذا فقط.
تتوفر أيضًا فساتين مطبوعة ثلاثية الأبعاد بناءً على عمليات مسح جسم العميل. يقدم متحف الفن الحديث (MoMA) في نيويورك تصميمًا مطبوعًا ثلاثي الأبعاد بواسطة Jessica Rosenkrantz و Jesse Louis-Rosenber g، والمعروف باسم “Kinematics Dress”. بعد مسح جسم العميل ضوئيًا، يتم تغطية النسيج بالفسيفساء رقميًا على الجسم وتشكيله في ثوب باستخدام التلبيد الانتقائي بالليزر (SLS) من النايلون المرن. بهذه الطريقة، يمكن صنع الثوب وفقًا لرغبات العميل الجمالية ونسب الجسم. مثال آخر على الأزياء الراقية من المصممين هو مشروع “Kinematic Petals Dress” الذي تم تكليفه من قبل متحف الفنون الجميلة في بوسطن (MFA). هذا الفستان، مثله مثل فستان Kinematics ، يوفر ملاءمة مخصصة وفقًا للفرد، ويحتوي على 1600 قطعة فريدة مترابطة بأكثر من 2600 مفصل. على الرغم من تصميمه المعقد، يظهر الفستان من الطابعة جاهزًا تمامًا للارتداء.
التصنيع الإضافي في صناعة الساعات الشخصية
هناك قطاع آخر تتيح فيه الطباعة ثلاثية الأبعاد مزيدًا من التخصيص وهو صناعة الساعات. مع النمو الملحوظ للطباعة ثلاثية الأبعاد في السنوات الأخيرة، يتجه العديد من مصممي الساعات إلى الطباعة ثلاثية الأبعاد لتصميم وتصنيع السلع الاستهلاكية بشكل أسرع مع الحفاظ على الجودة الجيدة. لكن لماذا الطباعة ثلاثية الأبعاد؟ كما هو الحال في القطاعات الأخرى التي نشهدها، تسمح التقنيات ثلاثية الأبعاد لصانعي الساعات باستخدام مواد أقل، وبالتالي تقليل النفايات وجعل إنتاجهم عملية أكثر استدامة. اعتمادًا على الغرض ودرجة التخصيص التي يسعى إليها المستهلك، يجب استخدام طريقة واحدة أو أخرى للتصنيع الإضافي.
على سبيل المثال، استخدمت الشركة السويسرية Seven Friday Multi Jet Fusion لإنشاء FREE-D، ساعة أصلية بتصميم مثير للإعجاب وفريد من نوعه. بفضل استخدام PA11، فإن الشركة قادرة على تصنيع أجزاء عضوية وخفيفة الوزن ومتينة، مع الحفاظ على الجودة العالية. من ناحية أخرى، تقوم العلامة التجارية الإيطالية Aion Watch بتطوير أخف الساعات الأوتوماتيكية في العالم. تزن هذه الساعات المطبوعة ثلاثية الأبعاد 26 جرامًا فقط، وتتميز بهيكل داخلي على شكل قرص العسل يسمح لها بالحفاظ على الصلابة اللازمة وتقليل الوزن بنسبة 200٪. بالإضافة إلى خفة الساعات وقوتها الميكانيكية العالية، تشتمل خصائص ألياف الكربون أيضًا على عزل حراري عالي. يسلط هذا الضوء على إمكانية استخدام مواد عالية الأداء لتعزيز خصائص المنتجات المخصصة.
تقنيات ثلاثية الأبعاد في مستحضرات التجميل
أحد القطاعات التي قد لا تتوقع أن ترى فيها وجود تقنيات ثلاثية الأبعاد هو مستحضرات التجميل. ومع ذلك، فقد بدأت في الظهور، خاصة من أجل التخصيص. وقد تم ذلك بعدة طرق مختلفة. يأتي أحد الأمثلة من مكان غير متوقع أكثر، Formula 1. في عام 2020، استخدمت الدعامة الأساسية في رياضة السيارات الطباعة ثلاثية الأبعاد لصنع زجاجات عطر مميزة. كانت الزجاجات الثلاث مستوحاة من قطاع السيارات وفي ذلك الوقت تم الاحتفال بتصميماتها المعقدة والمثيرة للاهتمام، والتي أظهرت الاحتمالات الهائلة الممكنة مع AM. لكن التعبئة والتغليف والزجاجات ليست الطريقة الوحيدة لاعتماد تقنيات ثلاثية الأبعاد في مستحضرات التجميل. مثال آخر يمكننا أن نشير إليه يأتي من ديور. في هذه الحالة، تحولت ماركة الجمال إلى المسح ثلاثي الأبعاد لمساعدة كل عميل في الحصول على العناية المناسبة بالبشرة. تم إجراء ذلك من خلال جهاز يسمى Eve V، والذي سمح لكل شخص بالحصول على تحليل فردي لبشرته، بما في ذلك قياسات لأشياء مثل ترهل الجلد وأكياس العين والتجاعيد. ثم تم استخدام هذا التحليل لتحديد نظام العناية بالبشرة المناسب (مع التركيز على أكبر مشكلتين جلديتين) بمساعدة الذكاء الاصطناعي. هذه الدرجة من التخصيص لكل مستخدم، لم تكن ممكنة إلا من خلال المسح ثلاثي الأبعاد.
يسمح AM بأداء أعلى في الرياضة
أثبت التصنيع الإضافي مرارًا وتكرارًا في السنوات الأخيرة مدى فائدة التكنولوجيا للرياضيين. يمكن تخصيص المعدات لأي تخصص رياضي لتلبية احتياجات الرياضيين، مما يوفر مستويات أعلى من الراحة. بالإضافة إلى ذلك، يمكن للطباعة ثلاثية الأبعاد أن تقلل من وزن المعدات. هذا مفيد بشكل خاص في الألعاب الرياضية حيث تكون السرعة جوهرية. بشكل عام، تساعد التكنولوجيا على تحسين الأداء. يُعد مثال الكربون مثالًا جيدًا على كيفية استخدام التصنيع الإضافي في الألعاب الرياضية. قامت الشركة بطباعة خوذة مخصصة قذائف لاعبي اتحاد كرة القدم الأميركي لشركة Riddel ، وهي شركة تصنيع سلع رياضية. تبرز هذه من الخوذات التقليدية بسبب هيكلها الشبكي. بالإضافة إلى خيار التخصيص، يحمي المطاط الصناعي المستخدم من الصدمات، حيث يتم امتصاص الكثير من الصدمات. مثال آخر هو شركة Superstrata المصنعة للدراجات في كاليفورنيا، والتي أطلقت إطارًا من ألياف الكربون في عام 2021. وزنه 1.7 كجم، فهو ليس خفيفًا بشكل خاص فحسب، بل إنه متين للغاية أيضًا. يقال إن إطار الدراجة أقوى 61 مرة من الفولاذ. تمت طباعة الجزء في عملية واحدة باستخدام تقنية DED الخاصة بشركة Arevo. وفقًا للشركة المصنعة، يمكن تحديد ما يصل إلى 500000 من التكوينات المختلفة، والتي يمكن اختيارها في متجر الشركة عبر الإنترنت.
طباعة ثلاثية الأبعاد للمركبات المخصصة
في عالم السيارات، يعد استخدام التصنيع الإضافي لتخصيص المركبات هو أمر اليوم. كما قد تتوقع، عادةً ما تكون إضافة الملحقات أو ترقية أو تغيير الأجزاء على السيارة باهظة الثمن، لذا فإن التحول إلى الطباعة ثلاثية الأبعاد يصبح الخيار الأفضل للقيام بذلك. تتيح هذه التقنيات لمالكي السيارات إنشاء أجزاء فريدة ومخصصة لسياراتهم، من الملحقات الزخرفية إلى الأجزاء الوظيفية، بالإضافة إلى مزيد من الخفة والمرونة الكبيرة في التصميم والشكل والدقة في التفاصيل. هذا حل ميسور التكلفة ويمكن الوصول إليه ومستدام، مما يؤدي بالتالي إلى تحسين تجربة السائق. يمكن العثور على مثال على ذلك في علامة Ford التجارية، التي أتاحت ملفات ثلاثية الأبعاد لتخصيص Maverick الخاص بها يسمح لجميع السائقين بدون استثناء بطباعة أجزاء من “نظام FITS” ثلاثي الأبعاد. توفر هذه ثماني فتحات تخزين لربط الملحقات في المنطقة المركزية أو أسفل المقاعد، وفقًا لاحتياجات وتفضيلات المستخدمين. من ناحية أخرى، فإن بيجو ليست بعيدة عن الركب وتقدم أيضًا حلاً لتخصيص السيارة من خلال إكسسوارات لطيفة الملمس وخفيفة الوزن وسهلة الاستخدام، والتي يتم بيعها من خلال متجر LIFESTYLE الخاص بها، والبحث عما يحتاجه عملاؤها واختيار منحهم لهم. أكبر قدر ممكن من الراحة في سياراتهم من خلال استخدام التقنيات ثلاثية الأبعاد.
أثاث مطبوع ثلاثي الأبعاد: مواد نفايات الطعام وراحة محسّنة
في عالم الطباعة ثلاثية الأبعاد، هناك دائمًا طرق جديدة لصنع الأشياء. سواء كان ذلك باستخدام تقنية جديدة أو مواد جديدة، فإن الصناعة تبحث دائمًا عن الابتكارات. تصميم Krill هو مثال ممتاز. في الواقع، تمكنت هذه الشركة الناشئة في ميلانو من تصميم أثاث ثلاثي الأبعاد باستخدام قشور البرتقال وقشور الليمون وأرضيات القهوة. نعم، هذا صحيح: تستخدم الشركة الناشئة نفايات الطعام لتصميم الأثاث الداخلي، بما في ذلك المصابيح وحاملات المجلات أو حتى أواني الزهور. للحصول على هذه المادة، المسماة Rek rill ، فإن العملية هي نفسها بالنسبة لأي نوع من النفايات. الخطوة الأولى هي تجفيف النفايات، ثم تقطيعها حتى تصبح ميكرون. أخيرًا، يتم تسخين الحبيبات الناتجة وبثقها في خيوط بواسطة Prusa و Creality’s FDM طابعات ثلاثية الأبعاد. تعتبر تقنية التصنيع هذه مثالاً على الإنتاج الأخضر، حيث إنها تحد من استخدام البلاستيك، وجميع المواد معاد تدويرها بنسبة 100٪، وقابلة للتحلل الحيوي، وقابلة للتحويل إلى سماد. حالة الفولاذ هي واحدة من اللاعبين الرئيسيين في أثاث المكاتب. تحولت الشركة إلى التصنيع الإضافي لإنشاء نسخة جديدة من SILQ، كرسي مكتبهم. تم تصميمه ليكون أكثر تكيفًا مع مورفولوجيا المستخدم، وبالتالي تحسين الراحة. تعاونت الشركة مع Fast Radius و Carbon للاستفادة من التقنيات ثلاثية الأبعاد. بفضل هذه التقنيات، يمكن طباعة مساند الذراعين ذات البنية الشبكية ثلاثية الأبعاد. بالتفصيل، تم تقسيمها إلى أربع مناطق، حيث تم تصميم كل جزء للتكيف مع سلوك المستخدم. وبالتالي سيكون الكرسي أكثر راحة حسب وضع الشخص. على سبيل المثال، إذا وضع المستخدم كوعه لأسفل أو مد ذراعه تمامًا، فسيقوم SILQ بتعديل طريقة جلوس المستخدم. بالإضافة إلى ذلك، سمح استخدام الطباعة ثلاثية الأبعاد في تصنيع كرسي المكتب بتوفير 70٪ من المواد.
