الطباعة ثلاثية الأبعاد تُدمج في مستقبل التصنيع

من الضجيج إلى الكساد والعودة مرة أخرى

تُعدّ الطباعة ثلاثية الأبعاد، المعروفة أيضًا باسم "التصنيع الإضافي"، ثورة تكنولوجية مستمرة منذ سنوات عديدة. إلا أنها خيبت آمال مؤيديها الأوائل، الذين توقعوا أن تحل محل التصنيع التقليدي تمامًا.

ومن الممكن تفسير سوء التقدير هذا من خلال "دورة الضجيج" التي تدفع دائماً تقريباً إلى تبني التكنولوجيات الجديدة. يذهب بشكل أساسي بهذه الطريقة:

1. مرحلة صاعدة، حيث النمو الهائل للقدرات التقنية يجعل كل شيء يبدو ممكنًا.
2. مرحلة الاتجاه الهبوطي، حيث تصبح قيود الواقع والحياة الواقعية واضحة، مما يجعل الضجيج السابق يبدو وكأنه "مجرد تلاشي".
3. عودة أبطأ ولكن أكثر استدامة للتكنولوجيا، مع نضوج الصناعة وتوسيع اعتمادها من قبل المزيد من المستخدمين بمرور الوقت.

كانت هذه الدورة مؤثرة جدًا في الطباعة ثلاثية الأبعاد. وما جعل الأمر أكثر تعقيدًا هو أن الطباعة ثلاثية الأبعاد يمكن إجراؤها باستخدام العديد من المواد والعديد من التطبيقات، مما يعني أن الأقسام الفرعية المختلفة للتصنيع الإضافي تقع في نقاط مختلفة من دورة الضجيج.

في 2018، و شركة جارتنر الاستشارية المتخصصة نشر لمحة عن صناعة الطباعة ثلاثية الأبعاد في ذلك الوقت.

المصدر فابالو

وبعد فوات الأوان، كانت هذه وجهة نظر دقيقة للغاية. تمر العديد من تقنيات الطباعة ثلاثية الأبعاد أو تنتهي من "حوض خيبة الأمل". وينطبق هذا بشكل خاص على التقنيات التي من المحتمل أن تغير العالم مثل الطباعة ثلاثية الأبعاد للأعضاء أو الطباعة ثلاثية الأبعاد المحلية.

وفي الوقت نفسه، فإن التطبيقات التي دخلت بالفعل مراحل الدمج، مثل النماذج الأولية أو زراعة الأسنان، تشكل الآن الإيرادات الأساسية لمعظم شركات الطباعة ثلاثية الأبعاد.

الدمج قبل المزيد من التوسع

إن "قاع خيبة الأمل" هي فترة تتميز بفقدان الاهتمام بالتكنولوجيا التي "خيبت آمال" المستثمرين. ونتيجة لذلك، قد يكون من الصعب العثور على التمويل، وتميل الشركات غير المربحة إلى استيعابها من قبل الشركات ذات التمويل الأفضل.

لقد أصبح هذا التأثير ساري المفعول مؤخرًا في صناعة الطباعة ثلاثية الأبعاد. وكانت النتيجة الأخيرة شراء Desktop Metal بواسطة Nano Dimension مقابل صفقة نقدية بقيمة 185 مليون دولار - 135 مليون دولار.

جاءت هذه الأخبار على رأس عمليات الدمج المبدئية المنتظمة والفوضوية في الصناعة، ولا سيما مع يتم مغازلة Stratasys خلال عام 2023 بأكمله للاندماج أو الاستحواذ من قبل جميع منافسيها الثلاثة الكبار: 3D Systems، وDesktop Metal، وNano Dimension.

كانت عمليات الاستحواذ الفاشلة والناجحة في الفترة 2023-2024 في حد ذاتها نتيجة لـ موجة سابقة في عام 2022، مع ما لا يقل عن 22 عملية استحواذ على شركات ثلاثية الأبعاد أصغر من قبل منافسيها في ذلك العام وحده.

يبدو أن الطباعة ثلاثية الأبعاد سوف تندمج بسرعة في السوق مع عدد قليل من القادة الذين يجمعون عناوين IP الرئيسية معًا ويصلون إلى النطاق المطلوب لتحقيق الربحية.

عادة، بعد هذا الدمج، تخرج الصناعة المبتكرة من "قاع خيبة الأمل" وتدخل مرحلة نمو دائمة يمكن أن تستمر لسنوات عديدة أو حتى عقود.

لذا، يجدر بنا أن ننظر إلى أين وصلت صناعة التصنيع المضافة اليوم، وإلى أين ستتجه من هنا.

كيف يعمل؟

في أبسط صورها، تقوم الطابعة ثلاثية الأبعاد بإحضار المادة المقصودة (في هذه الحالة، البلاستيك، على شكل فتيل طويل) إلى فوهة، حيث يتم صهرها وقذفها على سرير الطباعة.

تستمر الفوهة في الحركة باتباع تعليمات الحاسوب، حيث تُطبّق المادة ببطء لتكوين الشكل المطلوب. تسمح الطبقات المتعددة للجسم باتخاذ شكله ثلاثي الأبعاد بمرور الوقت.

المصدر ResearchGate

كان للأجيال السابقة أو الأرخص من الطباعة ثلاثية الأبعاد مظهر تقريبي إلى حد ما، حيث كانت كل طبقة مرئية للغاية.

المصدر ResearchGate

مع مرور الوقت، أدى التقدم في تكنولوجيا الفوهة، وجودة الشعيرات، ومعالجة المواد إلى خلق جوانب أكثر سلاسة وأكثر وظيفية وأكثر متعة من الناحية الجمالية.

بالإضافة إلى ذلك، تتطلب العديد من الأنظمة "هياكل دعم" واسعة النطاق لتثبيت المواد المطبوعة حديثًا في مكانها حتى تصلب. يمكن أن يتسبب ذلك في أن يكون تصميم النموذج ثلاثي الأبعاد أكثر تعقيدًا، خاصة إذا كان الهدف هو تقليل هيكل الدعم المحتمل إلى الحد الأدنى لتجنب إهدار الكثير من المواد.

المصدر: 3D Sculplab

أنظمة أكثر تقدمًا، لا سيما مع الفوهات القادرة على الحركة بـ 6 درجات من الحرية أو التعرض الفوري للأشعة فوق البنفسجية لتسريع المعالجة/التصلب، يمكن أن يقلل أو يزيل الحاجة إلى هياكل الدعم.

الأسواق الأولية المحدودة

تم تصميم الطباعة ثلاثية الأبعاد في البداية باستخدام البلاستيك (والراتنجات اللاحقة) لإنتاج القوالب والأجزاء مباشرة من الملفات الرقمية ثلاثية الأبعاد دون الخطوات التي يتطلبها التصنيع التقليدي. كان هذا بمثابة ضربة فورية لتكنولوجيا التصنيع المضافة الناشئة، حيث تجاوزت الحاجة إلى قوالب معقدة ومكلفة لإنتاج قطع بلاستيكية ذات شكل فريد.

المصدر مختبرات النموذج

أدى هذا إلى فتح عدد قليل من الأسواق لهذه الصناعة:

• يمكن للنماذج الأولية، بالإضافة إلى الإنتاج والاختبار السريع، تسريع عملية التطوير وتوفير المال.
• الإنتاج حسب الطلب ضروري لصيانة وإصلاح الأجزاء النادرة أو للاحتياجات العاجلة.
• هواية الإنتاج، مع عدم وجود نية للقيام بالتصنيع الضخم لاحقًا.

ومع ذلك، كانت هذه الأسواق محدودة إلى حد ما، مقارنة بـ الإيرادات الكبيرة المذهلة للصناعة التحويلية البالغة 13.5 تريليون دولار، أو 16.6% من إجمالي الناتج المحلي.

هذا يجعل سوق الطباعة ثلاثية الأبعاد الحالي بقيمة 20 مليار دولار و توقعات ARK Invest بقيمة 500 مليار دولار لعام 2030 والأمر الأقل روعة، لأنه يعني ضمناً أن 3.7% فقط من التصنيع العالمي ينتقل من الأساليب التقليدية إلى الطباعة الثلاثية الأبعاد.

العديد من الخيارات البلاستيكية

ومع ذلك، دعمت كل من هذه الأسواق تطوير ونضج هذا الجيل الأول من الطابعات ثلاثية الأبعاد. تدريجيًا، ظهرت تقنيات طباعة أكثر تقدمًا، وأصبح المزيد من أنواع البلاستيك والراتنجات متاحًا.

المصدر قياس xometry

هذا يتضمن:

• أكريلونتريل بوتادين ستايرين، أو ABSوالمواد المستخدمة في صناعة طوب الليغو، وكذلك قطع غيار السيارات.
• حمض البوليلاكتيك، أو PLA، وهو بلاستيك قابل للتحلل مصنوع من نشا الذرة المتجدد.
• أكريلونيتريل ستايرين أكريلات، أو ASA، يشبه ABS ولكن مع مقاومة أفضل للأشعة فوق البنفسجية، مما يجعله أكثر ملاءمة للتطبيقات المعرضة لأشعة الشمس.
• البولي إيثيلين تيريفثاليت، أو PETالبلاستيك المستخدم في صناعة الزجاجات ومن الأفضل عمومًا استخدامه في أي شيء يلامس الطعام.
• البولي كربونات، أو جهاز الكمبيوتر، المستخدمة في البيوت الزجاجية على سبيل المثال، والتي يتم تقديرها في الغالب لقوتها وشفافيتها.
• مادة البولي بروبيلين، أو PP، والمعروف بمرونته ومقاومته للتآكل، مما يجعله يستخدم على نطاق واسع في صناعة السيارات والنسيج.
• بلاستيك عالي الأداء: بولي إيثر كيتون (PEEK)، بولي إيثر كيتون كيتون (PEKK)، وبولي إيثيريميد (ULTEM®). تتميز هذه المواد البلاستيكية بخصائص ميكانيكية مشابهة للمعادن في حين أنها أخف وزنًا بشكل ملحوظ. وهذا يجعلها جذابة لصناعات السيارات والفضاء والطبية.
• والعديد من أنواع البلاستيك، بما في ذلك البولياميدات (مثل النايلون)، وخليط البوليمرات (خلط مواد بلاستيكية مختلفة في نفس الفتيل)، والبوليسترين عالي التأثير (HIPS)، وكحول البولي فينيل (PVA)، وما إلى ذلك.

من البلاستيك إلى جميع المواد

لفترة طويلة، كان النقاش حول الطباعة ثلاثية الأبعاد يتركز حول تحسين كفاءة وتنوع المواد البلاستيكية القابلة للاستخدام. تتم أيضًا مشاركة الحاجة إلى المواد البلاستيكية القابلة للتحلل الحيوي مع صناعة تصنيع البلاستيك التقليدية.

تغير هذا مع مرور الوقت حيث نظرت المزيد من الشركات إلى التصنيع الإضافي وأدركت أن بإمكانها تطبيق مبادئه الأساسية على العديد من المواد الأخرى.

طباعة ثلاثية الأبعاد للمعادن

البلاستيك موجود في كل مكان في العناصر التي نستخدمها. ومع ذلك، فإن استخدام الطباعة ثلاثية الأبعاد في صناعة البلاستيك وصل إلى الحد الأقصى الذي جعل معظم المواد البلاستيكية تُصنع لتكون رخيصة الثمن ويتم تصنيعها بكميات كبيرة، وبتصميم بسيط عادةً.

ولهذا الاستخدام، فإن الاستثمار الضخم في القوالب والأتمتة أمر منطقي، حيث سيتم إنشاء ملايين القطع البلاستيكية. في المقابل، قد تكون الطباعة ثلاثية الأبعاد أبطأ قليلاً وأكثر تكلفة إلى الأبد على أساس كل وحدة.

ومع ذلك، فإن المعادن أكثر قوة ولها خصائص فريدة مثل مقاومة درجات الحرارة العالية، والموصلية، وما إلى ذلك.

تتطلب المعادن في كثير من الأحيان تزويرًا وختمًا وطحنًا معقدًا ومكلفًا لتحقيق الشكل المرغوب فيه. ومهما كان الأمر، فإن هذه الأساليب تضع قيودًا قوية على التصميم القابل للتحقيق. ونتيجة لذلك، غالبًا ما تكون هناك حاجة إلى الكثير من الأجزاء المختلفة والتجميع المعقد للعناصر المصنوعة من المعدن.

تم تطوير الطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاد لأول مرة باستخدام مسحوق معدني، يتم ترسيبه ثم صهره بالليزر. هذه هي القاعدة ل طريقتان للطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاد الأكثر استخدامًا:

• الذوبان الانتقائي بالليزر (SLM)، حيث يكون للمسحوق المعدني نقطة انصهار واحدة ويقوم الليزر بإذابة كل المسحوق المعدني.
  • تنتج SLM أجزاء من معدن واحد.
• تلبيد المعادن بالليزر المباشر (DMLS)، حيث يتكون المسحوق المعدني من مواد ذات نقاط انصهار متغيرة تندمج على المستوى الجزيئي عند درجات حرارة مرتفعة.
  • تنتج SMLS أجزاء من السبائك.

الميزة الرئيسية للطباعة ثلاثية الأبعاد هي أنها تسمح بأشكال معقدة مستحيلة باستخدام طرق الحدادة التقليدية. يمكن أن يؤدي ذلك إلى تقليل عدد الأجزاء التي تتطلب التجميع في الجهاز بشكل كبير. ويمكن أن يسمح أيضًا بتصميمات مبتكرة جديدة أقوى أو تستخدم مواد أقل.

المصدر المحاور

تطور الطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاد

وفي الآونة الأخيرة، يجري تطوير أساليب جديدة، على سبيل المثال طباعة المعادن السائلة (LMP) بواسطة باحثين من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا. تدمج هذه الطريقة بشكل أساسي بين الصب الحر للمدرسة القديمة والطباعة ثلاثية الأبعاد.

وهذا يمكن أن يزيل القيد الرئيسي للطباعة ثلاثية الأبعاد للمعادن، وهو أنها تميل إلى القياس بشكل أقل جودة من طرق الحدادة التقليدية. مع الحفاظ على المزايا، مثل الأشكال الممكنة الأكثر تعقيدًا.

بشكل عام، من المرجح أن يستمر نمو الطباعة ثلاثية الأبعاد للمعادن، إذ تُظهر تدريجيًا أنها قادرة على مواكبة متانة القطع المطروقة، مع الحفاظ على أسعار تنافسية بفضل تصميمات أكثر كفاءة وتركيب أقل. ومن المتوقع أن يعزز هذا ريادة الطباعة ثلاثية الأبعاد للمعادن كسوق رئيسية في هذه الصناعة، حيث تبلغ حصتها حاليًا 3% من إجمالي السوق.

المصدر السوق. لنا

الطباعة ثلاثية الأبعاد للمواد المركبة والهجينة

ويمكن أيضًا إجراء الطباعة ثلاثية الأبعاد باستخدام مزيج من المواد. وكما نرى، يمكن خلط هذا مع معادن في السبائك أو مواد بلاستيكية مختلفة. ومع ذلك، يمكن أن يتم ذلك أيضًا باستخدام مزيج من مختلف المواد.

أحد الأمثلة على ذلك المركبة، الذي يمزج البلاستيك المطبوع ثلاثي الأبعاد مع الألياف. الألياف الإضافية في البلاستيك تزيد من صلابة وقوة الجزء المنتج.

الأكثر شيوعًا هو ألياف الكربون، ولكن يمكن أن يكون من الألياف الزجاجية أو الكيفلار.

خيار آخر هو مواد هجينة، خلط البلاستيك المطبوع ثلاثي الأبعاد مع شيء آخر تمامًا. يمكنك، على سبيل المثال، الحصول على خيوط تحتوي على مواد عضوية مثل الخيزران أو الفلين أو الخشب. يعد الألوميد، المصنوع من مادة البولي أميد ومسحوق الألومنيوم، مثالًا آخر على دمج الطباعة ثلاثية الأبعاد البلاستيكية والمعدنية معًا.

المصدر: BitFab

يعد الجمع بين مواد مختلفة اتجاهًا متزايدًا في الصناعة، بما في ذلك ظهورها مؤخرًا عملية تجميع حرة متعددة المواد (FMAP) تستخدم معًا تصنيع الخيوط المنصهرة (FFF)، والكتابة بالحبر المباشر (DIW)، وتحريض الليزر الحر (FLI).

التطبيقات المتنامية

فضاء

إحدى السمات الرئيسية للمكونات المطبوعة ثلاثية الأبعاد هي أنها تستطيع الاستفادة من أشكالها الأكثر تعقيدًا لتقليل كمية المواد المطلوبة لنفس السلامة الهيكلية، مما يقلل الوزن الإجمالي.

يعد هذا عرضًا جذابًا للغاية لصناعة الطيران، حيث يسمح كل جرام مخفض بأداء أفضل أو حمولة أكبر، سواء كان ذلك أقمارًا صناعية في المدار أو صواريخ على متن طائرة مقاتلة.

وهذه هي الميزة التي تسعى إليها بشكل ملحوظ شركة مثل Relativity Space، تتطلع إلى إنشاء صاروخ مطبوع ثلاثي الأبعادالصاروخ Terran-R القابل لإعادة الاستخدام.

التصنيع في الموقع

إن إرسال أي شيء إلى الفضاء أمر مكلف، حيث أن الكيلو الواحد باهظ الثمن بآلاف الدولارات. وهذه مشكلة لأي وجود طويل الأمد في الفضاء، لأنها تعني أنه يجب إرسال قطع الغيار مقدمًا وكمية فقط في حالة تعطل شيء ما.

وهذا بدوره يزيد من ميزانية القواعد القمرية المحتملة أو استعمار المريخ بمقدار كبير. مثل هذه التكاليف ستكون طريقًا مسدودًا إذا أردنا أن نرى فجر الاقتصاد القائم على الفضاء، بما في ذلك واحد يمكن أن توفر إمدادات غير محدودة من الطاقة الخضراء إلى الأرض.

والبديل هو إنتاج الأشياء في الموقع، ومن الأفضل استخدام المواد المستخرجة محليًا مثل الكربون والمعادن. في حين أن الفكرة ليست جديدة، إلا أن الحاجة إلى نقل محطات الحدادة بأكملها إلى الفضاء جعلتها غير واقعية. يمكن للطابعات ثلاثية الأبعاد أن تساعد هنا.

فهي أكثر إحكاما بكثير من طرق التصنيع التقليدية. ومع وجود مخزون محدود من المواد الخام، يمكنهم تصنيع آلاف الأجزاء المختلفة، فقط عند الحاجة إليها. وهذا من شأنه أن يقلل بشكل كبير من كمية "الوزن الساكن" غير المستخدم في أي مهمة إلى الفضاء السحيق.

لم تعد مجرد فكرة، مع تم اختبار نموذج أولي لطابعة معدنية ثلاثية الأبعاد يبلغ وزنها 180 كجم من قبل وكالة الفضاء الأوروبية بنجاح في المدار في عام 3.

نموذج أولي آخر، تمكنت SpaceCAL من طباعة أكثر من 60 مادة مختلفة في بيئة انعدام الوزن، بما في ذلك السيليكون والبلاستيك والمركبات الزجاجية والمواد الحيوية وما إلى ذلك.

لذا فمن المرجح أن يعتمد مستقبل استكشاف الفضاء على الصواريخ القابلة لإعادة الاستخدام، والطابعات ثلاثية الأبعاد، والموارد المحلية المستخرجة من القمر، أو المريخ، أو الكويكبات.

قطاع الرعاية الصحية

إلى جانب النماذج الأولية وقطع الغيار الصناعية، فإن القطاع الطبي هو المحرك الرئيسي للإيرادات في صناعة التصنيع المضافة الناضجة.

وذلك لأن الغرسات الطبية، بطبيعتها، مثل استبدال الأسنان أو الورك، يجب أن تكون مصممة خصيصًا لكل مريض. وهذا عامل رئيسي في إبقاء هذه العلاجات باهظة الثمن، حيث لا توجد إمكانية لتصنيع جزء متماثل على نطاق واسع للجميع.

يتضمن ذلك عمليات زرع الأذن أو الفم/الأسنان، ولكن أيضًا "أجزاء" بديلة مطبوعة ثلاثية الأبعاد لمرضى السرطان أو بعد الصدمة مثل الفك أو القفص الصدري أو جزء من الجمجمة.

المصدر 3D المواطنين

لقد رأينا أيضًا مؤخرًا أول صمامات قلب مصنوعة من السيليكون مطبوعة ثلاثية الأبعاد، وعظام صغيرة مسامية مخصصة، وزراعة الثدي، وما إلى ذلك.

المصدر 3D المواطنين

هناك دور آخر يمكن أن تلعبه الطباعة ثلاثية الأبعاد في مجال الرعاية الصحية وهو إنشاء أشكال جديدة من التشخيص والتحليل.

على سبيل المثال، "عضو على شريحة" و"جسم على شريحة" تُستخدم الآن لمحاكاة جسم حقيقي، وذلك لتقليل معدل فشل التجارب السريرية.

المصدر جامعة هارفارد

الاحتمال الآخر هو الأدوية المطبوعة ثلاثية الأبعاد، مما يسمح بمزيد من الرعاية الصحية الشخصية، والجمع بين الأدوية، وتقليل مشكلات سلسلة التوريد.

الطباعة الحيوية والروبوتات الناعمة

يمكن أن تكون الخطوة التالية هي أنه بدلاً من الطباعة ثلاثية الأبعاد لاستبدال العظام والأعضاء بأجزاء مصنعة من المعدن والسيراميك والسيليكون، فإننا "نطبع" مباشرة باستخدام الخلايا الحية لإنشاء أنسجة وأعضاء تعمل بكامل طاقتها.

هذا هو الوعد بالطباعة الحيوية. بحثنا بالتفصيل في مقال سابق كيف يعمل وما هي الشركات التي يمكن أن تستفيد منه أكثر.

وهذا يمكن أن يمتد إلى ما هو أبعد من الأعضاء الداخلية و حتى أنها تشمل الطباعة الحيوية للأدمغة، باستخدام عضويات دماغية صغيرة بالفعل يستخدمها الباحثون في مرض الزهايمر لدراسة كيفية تفاعل أنسجة الدماغ مع العلاج المحتمل. وبالمثل، يمكن "طباعة" الخلايا العصبية لإنشاء شبكية عين اصطناعية.

ويمكن أيضًا استخدام الطباعة ثلاثية الأبعاد لتعميم مجال “الروبوتات الناعمة”، من خلال السماح للآلات بتقليد علم الأحياء (المحاكاة الحيوية). وهذا يمكن أن يخلق أنظمة روبوتية أكثر أمانًا وفعالية.

أشباه الموصلات والحوسبة

يمكن إجراء الطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاد للأجزاء المزروعة أو أجزاء المفاعل النفاثة، ولكن يمكن أيضًا إجراؤها على نطاق أصغر بكثير.

وقد فتح هذا الطريق أمام الطباعة ثلاثية الأبعاد باستخدام الأحبار والسيراميك الموصلة أو العازلة للكهرباء. أحد رواد هذه التكنولوجيا هو البعد نانو، وهو الآن أيضًا مالك شركة الطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاد Desktop Metal.

تدعي شركة Nano Dimensions أنها تستطيع تقليل البصمة البيئية للتصنيع، مع تقليل انبعاثات ثاني أكسيد الكربون بنسبة 94%، و2% في الماء، و100% في المواد، و98% في المواد الكيميائية.

ومن المتوقع تحقيق المزيد من التقدم في مجال الإلكترونيات المطبوعة ثلاثية الأبعاد، ولا سيما في مجال الإلكترونيات المطبوعة ثلاثية الأبعاد ما نشره الباحثون مؤخراً عن الذاكرة المرنة من خلال "الذاكرة المعدنية السائلة".

طباعة خرسانة ثلاثية الأبعاد

فبدلاً من أن يصبح حجم التصنيع الإضافي أصغر، يمكن أيضًا أن يصبح أكبر. أكبر بكثير عندما يتعلق الأمر بالطباعة ثلاثية الأبعاد لمنازل بأكملها ومباني كبيرة. على سبيل المثال، افتتاح أول مسجد مطبوع بتقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد في عام 3 في المملكة العربية السعودية.

كما يمكنك أن تتخيل، فإن حجم الفوهة والطابعة ثلاثية الأبعاد يتجاوز المخطط عندما يتعلق الأمر بمثل هذا المشروع.

المصدر جامعة كورنيل

تتطلب المباني المطبوعة ثلاثية الأبعاد عمالة أقل بكثير ويمكن أن تكون أرخص بكثير، كما ناقشنا في مقالتنا “أصبحت ملكية المنازل أكثر حظراً من أي وقت مضى في أمريكا الشمالية – هل يمكن للطباعة ثلاثية الأبعاد تغيير هذا؟"

يمكن أن يكون لهذه الطريقة الجديدة للبناء تطبيقات خارج نطاق الأرض:

تم اختيار شركة ICON من قبل وكالة ناسا لمشروع أوليمبوس، عقد بقيمة 57.2 مليون دولار لنظام طباعة ثلاثي الأبعاد لإنشاء منصات الهبوط والطرق والهياكل غير المضغوطة والموائل المضغوطة على سطح القمر، باستخدام الثرى المحلي (Moondust) بدلاً من المواد المستوردة من الأرض. ويمكن استخدام نفس الطريقة في مواطن المريخ أيضًا.

المصدر اي كون

مستقبل التصنيع المضافة

تحسين التكنولوجيا

لقد تحسن التصنيع التقليدي تدريجياً على مدى أكثر من قرنين من الثورة الصناعية، أو حتى لفترة أطول عندما يتعلق الأمر بصناعة المعادن.

لذلك، ربما ليس من المستغرب أن الطباعة ثلاثية الأبعاد لا تزال في بداية تحقيق إمكاناتها الكاملة.

كشف المشكلة

على سبيل المثال، غالبًا ما تحتاج الأجزاء المعدنية المستخدمة في صناعة الطيران إلى تصويرها بالأشعة السينية لتحديد ما إذا كانت الطباعة تعمل بشكل صحيح دون عيوب. وهذا مكلف ويبطئ الإنتاج. بدلاً من، وجد الباحثون أن التعلم العميق للذكاء الاصطناعي مع الأشعة المقطعية يمكن أن ينجح.

وفي الوقت نفسه، تقنية تسمى يمكن أن تساعد المراقبة الصوتية (اكتشاف المشكلة من خلال الصوت) في اكتشاف العيوب في الوقت الفعلي.

طرق الإنتاج الجديدة

ومن بين التحسينات المحتملة، يمكننا استبدال البلمرة ثنائية الفوتون (TPP) المستخدمة حاليًا، والتي تتطلب ليزر الفيمتو ثانية مزدوج للمطبوعات الصناعية على نطاق ميكرون. وبما أن اتفاقية الشراكة عبر المحيط الهادئ باهظة الثمن، إن اكتشاف أن أجهزة الليزر ذات الطاقة المنخفضة يمكن أن تؤدي أداءً جيدًا على قدم المساواة يمكن أن يؤدي إلى نمو سوق الطباعة ثلاثية الأبعاد للإلكترونيات الدقيقة بشكل أكبر.

حتى الآن، تعتمد جميع الطرق تقريبًا على استخدام مادة صلبة (خيوط) أو مسحوق ثم صهرها. ومع ذلك، لا تزال أفكار الطباعة ثلاثية الأبعاد الجديدة في طور الظهور، بشكل ملحوظ الطباعة ثلاثية الأبعاد لفصل الطور الناجم عن البخار (VIPS-3D). يمكن أن تكون هذه الطريقة فعالة جدًا بالنسبة لخلط الأجزاء المعقدة من المواد أو التي تتطلب مستويات مختلفة من المسامية. كما سيتطلب الأمر أيضًا مواد أقل بكثير وطاقة أقل، مما يقلل التكاليف.

4^th الثورة الصناعية والتصنيع اللامركزي

لقد كانت الطباعة ثلاثية الأبعاد، لفترة طويلة، مجالًا محصورًا للخبراء الصناعيين والهواة المتحمسين. كما تطلب الأمر أيضًا استثمارًا أوليًا كبيرًا، مع مخاطر كون الآلات المكتسبة كثيرة جدًا أو قليلة جدًا مقارنة بالاحتياجات الحقيقية، مما يؤدي إلى عدم كفاءة رأس المال.

هذا أصبح أقل صحة، شكرا لمقدمي الخدمات الكبار الذين يقدمون استخدام الطابعات ثلاثية الأبعاد بالإضافة إلى العمالة الماهرة كخدمة. يؤدي هذا إلى تجميع موارد العديد من المستخدمين المختلفين، مما يسهل ذروة الطلب على الطابعات ثلاثية الأبعاد.

غالبًا ما يجمع هؤلاء المزودون بين خدمات الطباعة ثلاثية الأبعاد والتصنيع باستخدام الحاسب الآلي (التحكم العددي بالكمبيوتر)، والمسح الضوئي ثلاثي الأبعاد، والتصميم ثلاثي الأبعاد، وما إلى ذلك.

يمكن للمستخدم الوصول إلى الجهاز المستأجر مباشرة من خلال السحابة في بعض الحالات.

وفي الوقت نفسه، يكتشف الباحثون في مجالات مختلفة مثل علم الأحياء أو الكيمياء أنك قد تحل أحيانًا محل جزء من مطياف الكتلة بقيمة 100,000 دولار مع جزء مطبوع ثلاثي الأبعاد مباشرة في المختبر بتكلفة بضعة دولارات فقط.

بشكل عام، من المرجح أن نشهد مرونة متزايدة في سلسلة التوريد، بالإضافة إلى المزيد من التصنيع غير المحلي الناشئ عن تعميم الطباعة ثلاثية الأبعاد.

وهذا سيجعل التصنيع الإضافي عنصرًا رئيسيًا في 4 الجارية^th الثورة الصناعية، جنبًا إلى جنب مع الذكاء الاصطناعي والروبوتات والمصانع الذكية والاتصال وإنترنت الأشياء وما إلى ذلك.

الاستثمار في الطباعة ثلاثية الأبعاد

وقد وصلت الطباعة ثلاثية الأبعاد الآن فقط إلى مرحلة النضج التكنولوجي، فضلاً عن توحيد السوق. وهذا يمنح المستثمرين رؤية أكبر قليلاً مما كان عليه في الماضي ويؤكد أن هذه التكنولوجيا بعيدة كل البعد عن كونها موضة ولكنها موجودة لتبقى.

يمكنك الاستثمار في الشركات ذات الصلة بالطباعة ثلاثية الأبعاد من خلال العديد من الوسطاء، وتجد في هذا الموقع توصياتنا لأفضل الوسطاء في الولايات المتحدة الأمريكية, كندا, أستراليا, المملكة المتحدة, وكذلك العديد من البلدان الأخرى.

إلى جانب الشركات التي تمت مناقشتها أدناه، يمكنك أيضًا العثور على أفكار استثمارية محتملة في مقالتنا “أفضل 10 أسهم في مجال تكنولوجيا النانو".

إذا لم تكن مهتمًا باختيار شركات طباعة ثلاثية الأبعاد محددة، فيمكنك أيضًا البحث في صناديق الاستثمار المتداولة مثل مؤسسة ARK Invest للطباعة ثلاثية الأبعاد (PRNT) للاستفادة من نمو قطاع الصناعات التحويلية المضافة ككل.

شركات الطباعة ثلاثية الأبعاد

(إلى جانب الشركات التي تمت مناقشتها أدناه، يمكنك أن تقرأ عن شركات أخرى في مقالتنا “أفضل 10 مخزونات للتصنيع الإضافي والطباعة ثلاثية الأبعاد تستحق المشاهدة")

1. البعد نانو

تركز معظم شركات تصنيع المواد المضافة على المعادن والبلاستيك، مع التركيز على الأجزاء الميكانيكية المعقدة. يركز Nano Dimension بدلاً من ذلك على الإلكترونيات المطبوعة ثلاثية الأبعاد. يتضمن ذلك تقنيات متخصصة جدًا مثل الأحبار والسيراميك الموصلة أو العازلة للكهرباء. يمكن استخدامها على سبيل المثال لبناء مكونات بصرية أو راديوية.

يعد هذا أحد التطبيقات الممكنة للطباعة ثلاثية الأبعاد على مقياس النانو، والتي استكشفناها بشكل أكبر في "الطباعة النانوية ثلاثية الأبعاد تبدو مهيأة للتسويق".

لقد نمت شركة Nano Dimension من خلال مزيج من عمليات الاستحواذ والبحث والتطوير الداخلي.

المصدر أبعاد النانو

هذه الاستراتيجية تصل إلى مستوى جديد مع الاستحواذ على Desktop Metal في عام 2024. معًا، ستتمتع الشركتان بمكانة أقوى بكثير في مجال الطباعة ثلاثية الأبعاد للمعادن والسيراميك على جميع المستويات، بدءًا من الإلكترونيات وحتى المعدات الصناعية الكبيرة والفضاء.

يؤدي هذا أيضًا إلى إنشاء وفورات الحجم من خلال دمج قاعدة العملاء التي تشمل SpaceX، وTesla، وGE، وHoneywell، وEmerson، وRaytheon، وNASA، وMedtronics، وما إلى ذلك.

وأخيرًا، كانت الشركتان نشطتين في الغالب في مناطق جغرافية مختلفة، مع Nano Dimension في أوروبا وDesktop Metal في الولايات المتحدة، مما سمح بالتآزر من خلال دمج فرق المبيعات الخاصة بهما.

المصدر البعد نانو

تدعي الشركة أنها تستطيع تقليل البصمة البيئية للتصنيع، مع تقليل انبعاثات ثاني أكسيد الكربون بنسبة 94%، و2% في الماء، و100% في المواد، و98% في المواد الكيميائية.

وبشكل عام، يمكننا أن نتوقع أن تصبح Nano Dimension واحدة من الشركات الرائدة في مجال التكنولوجيا.

المصدر أبعاد النانو

ومع ذلك، يجب على المستثمرين أن يدركوا أن كلا من Nano Dimension وDesktop Metal لكل عملية استحواذ كان التدفق النقدي سلبيًا، لذلك ستحتاج الشركة الناتجة إلى خفض التكاليف أو النمو بما يكفي لتحقيق الربح في المستقبل.

2. شركة أنظمة ثلاثية الأبعاد

يمكن للأنظمة ثلاثية الأبعاد طباعة 3 مادة، وإنتاج أكثر من مليون جزء يوميًا. وفي الربع الرابع من عام 130، ستوفر 4 مواد جديدة و2023 ترقيات للطابعة.

وفي عام 2023، انخفضت الإيرادات بشكل طفيف، بسبب الانكماش في قطاعي تقويم الأسنان وطب الأسنان، مدفوعًا بانخفاض الإنفاق الاستهلاكي. وقد تم تعويض ذلك جزئيًا من خلال النمو القوي في قطاعات الطيران والمجوهرات وقطاعات أخرى.

وهي تعمل أيضا على تكنولوجيا الطباعة الحيوية ثلاثية الأبعاد، والتي يمكن استخدامها لإنشاء أعضاء اصطناعية، مع هدف لعام 2026 للتجربة البشرية في زراعة الرئة. يقدر السوق القابل للتوجيه بـ 4 مليار دولار.

تستمر الشركة في إحراز تقدم في هذا المجال، ولا سيما مع أكثر الأشياء تعقيدًا على الإطلاق المطبوعة بتقنية ثلاثية الأبعاد (سقالة الرئة البشرية) والعضو على شريحة من خلال شركة Systemic Bio التابعة المملوكة لها بالكامل (عقد مع 3 من أكبر 2 شركات صيدلانية) شركات).

المصدر أنظمة 3D

عمليات الاندماج الماضية (والمستقبلية؟)

تم رفض اقتراح الاندماج المبدئي مع ستراتاسيس لعام 2023 من قبل مساهميها. ومع ذلك، لم يتضح بعد ما إذا كان الاندماج الأخير بين Nano Dimension وDesktop Metal سيخلق بعض الإلحاح لمنافسيها للاندماج في شركة أكبر.

إذا لم تحدث المزيد من عمليات الاندماج بين أكبر شركات الطباعة ثلاثية الأبعاد، فمن المحتمل أن تنجرف الصناعة نحو احتكار القلة لثلاث شركات: 3D Systems، وStratasys، وNano Dimension، مع اضطرار الجهات الفاعلة الأصغر مثل Velo3D وMarkforged إلى الاندماج مع بعضها البعض. أو يتم استيعابها من قبل واحد من "الثلاثة الكبار".