الطباعة ثلاثية الأبعاد تتكامل في مستقبل التصنيع

من الضجة إلى الفشل والعودة مرة أخرى

التصنيع الإضافي، المعروف أيضًا باسم ‘الطباعة ثلاثية الأبعاد’، هو ثورة تكنولوجية مستمرة منذ عدة سنوات. ومع ذلك، خيب آمال داعميه الأوائل الذين توقعوا أن يحلّ محل التصنيع التقليدي بالكامل.

يمكن تفسير هذا الخطأ في التقدير بـ “دورة الضجة” التي تقود عادةً تبني التقنيات الجديدة. وهي تتبع هذا المسار:

1. مرحلة الصعود، حيث يجعل النمو الأسي لقدرات التقنية كل شيء يبدو ممكنًا.
2. مرحلة الانخفاض، حيث تصبح الواقع والقيود الحياتية واضحة، مما يجعل الضجة السابقة تبدو كـ “مجرد تلاشي”.
3. عودة بطيئة ولكن أكثر استدامة للتقنية، مع نضوج الصناعة وتوسع الاعتماد من قبل المزيد من المستخدمين مع مرور الوقت.

كانت هذه الدورة سارية جدًا مع الطباعة ثلاثية الأبعاد. ما جعل الأمر أكثر تعقيدًا هو أن الطباعة ثلاثية الأبعاد يمكن أن تُجرى باستخدام العديد من المواد ولعديد من التطبيقات، مما يعني أن الأقسام الفرعية المختلفة للتصنيع الإضافي تقع في نقاط مختلفة من دورة الضجة.

في عام 2018، نشرت شركة الاستشارات الخبراء غارتنر لمحة عن صناعة الطباعة ثلاثية الأبعاد في ذلك الوقت.

المصدر: Fabbaloo

بعد النظر إلى الوراء، كان هذا تصورًا دقيقًا إلى حد كبير. العديد من تقنيات الطباعة ثلاثية الأبعاد تمر أو تنتهي من “قاع خيبة الأمل”. وهذا صحيح بشكل خاص للتقنيات التي قد تغير العالم مثل طباعة الأعضاء ثلاثية الأبعاد أو الطباعة ثلاثية الأبعاد المنزلية.

في الوقت نفسه، التطبيقات التي دخلت بالفعل مراحل التوحيد، مثل النماذج الأولية أو زرعات الأسنان، تشكل الآن الإيرادات الأساسية لمعظم شركات الطباعة ثلاثية الأبعاد.

التوحيد قبل التوسع الإضافي

يُعد “قاع خيبة الأمل” فترة تُميز بفقدان الاهتمام بالتقنية التي “خذلت” المستثمرين. نتيجة لذلك، قد يكون من الصعب العثور على تمويل، وتميل الشركات غير المربحة إلى أن تُستحوذ عليها شركات ذات تمويل أفضل.

ظهر هذا التأثير مؤخرًا بشكل كامل في صناعة الطباعة ثلاثية الأبعاد. كان أحدث نتيجة هو شراء شركة Nano Dimension (NNDM ) لشركة Desktop Metal في صفقة نقدية بالكامل بقيمة 185 مليون إلى 135 مليون دولار.

جاء هذا الخبر على خلفية توحيد غير منظم ومتقلب في الصناعة، لا سيما مع سعي شركة Stratasys للاندماج أو الاستحواذ طوال عام 2023 من قبل منافسيها الثلاثة الكبار 3D Systems (DDD ) وDesktop Metal وNano Dimension.

كانت عمليات الاستحواذ الفاشلة والناجحة في 2023-2024 نفسها نتيجة لموجة سابقة في 2022، حيث لا تقل عن 22 عملية استحواذ على شركات 3D أصغر من قبل منافسيها في ذلك العام وحده.

يبدو أن الطباعة ثلاثية الأبعاد ستتوحّد قريبًا بسرعة في سوق يضم عددًا قليلًا من القادة يجمعون براءات الاختراع الرئيسية ويصلون إلى الحجم المطلوب للربحية.

عادةً ما يحدث الخروج من “قاع خيبة الأمل” بعد هذا التوحيد، حيث تدخل الصناعة المبتكرة مرحلة نمو مستدامة يمكن أن تستمر لسنوات عديدة أو حتى عقود.

لذلك، يجدر النظر إلى موقع صناعة التصنيع الإضافي اليوم، وإلى الاتجاه الذي ستسلكه من الآن فصاعدًا.

كيف يعمل؟

في أبسط صورة، يجلب طابعة ثلاثية الأبعاد المادة المقصودة (في هذه الحالة، البلاستيك على شكل خيط طويل) إلى الفوهة، حيث تُذاب وتُخرج على سرير الطباعة.

تستمر الفوهة في الحركة وفقًا لتعليمات الحاسوب، مطبقة المادة ببطء لتشكيل الشكل المقصود. تسمح الطبقات المتعددة للشيء باكتساب شكله ثلاثي الأبعاد مع مرور الوقت.

المصدر: ResearchGate

كانت الأجيال السابقة أو الأرخص من الطباعة ثلاثية الأبعاد ذات مظهر خشن إلى حد ما، مع وضوح كل طبقة.

المصدر: ResearchGate

مع مرور الوقت، أدى التقدم في تكنولوجيا الفوهة، جودة الخيط، وتصلب المادة إلى تحسين كبير في المظهر الوظيفي والجمالي.

بالإضافة إلى ذلك، تتطلب العديد من الأنظمة هياكل دعم واسعة لتثبيت المادة المطبوعة حديثًا حتى تتصلب. يمكن أن يؤدي ذلك إلى تعقيد تصميم النموذج ثلاثي الأبعاد، خاصة إذا كان الهدف تقليل هياكل الدعم إلى الحد الأدنى لتجنب إهدار المواد.

المصدر: 3D Sculplab

الأنظمة المتقدمة، لا سيما تلك التي تمتلك فوهات قادرة على الحركة بـ 6 درجات حرية أو التعرض الفوري للأشعة فوق البنفسجية لتسريع التصلب، يمكنها تقليل أو إزالة الحاجة إلى هياكل الدعم.

الأسواق الأولية المحدودة

تم تصور الطباعة ثلاثية الأبعاد في البداية باستخدام البلاستيك (وبعد ذلك الراتنجات) لإنتاج القوالب والأجزاء مباشرةً من ملفات ثلاثية الأبعاد الرقمية دون الخطوات المطلوبة في التصنيع التقليدي. كان ذلك نجاحًا فوريًا لتقنية التصنيع الإضافي الناشئة، حيث تخطى الحاجة إلى قوالب معقدة ومكلفة لإنتاج قطع بلاستيكية ذات أشكال فريدة.

المصدر: Form Labs

فتح ذلك عددًا من الأسواق للصناعة:

• النمذجة الأولية، بالإضافة إلى الإنتاج السريع والاختبار، يمكن أن يسرّع عملية التطوير ويوفر المال.
• الإنتاج حسب الطلب مطلوب لصيانة وإصلاح الأجزاء النادرة أو للاحتياجات العاجلة.
• الإنتاج الهواية، دون نية للقيام بالتصنيع الضخم لاحقًا.

كانت هذه الأسواق محدودة إلى حد ما بالمقارنة مع العائدات الضخمة المذهلة لصناعة التصنيع التي تبلغ 13.5 تريليون دولار، أو 16.6% من إجمالي الناتج المحلي.

هذا يجعل سوق الطباعة ثلاثية الأبعاد الحالي بقيمة 20 مليار دولار وتوقعات السوق بـ 500 مليار دولار لعام 2030 من ARK Invest أقل بروزًا، حيث يعني ذلك أن 3.7% فقط من التصنيع العالمي ينتقل من الطرق التقليدية إلى الطباعة ثلاثية الأبعاد.

العديد من خيارات البلاستيك

مع ذلك، دعمت كل من هذه الأسواق تطوير ونضوج الجيل الأول من طابعات ثلاثية الأبعاد. تدريجيًا، ظهرت تقنيات طباعة أكثر تقدمًا، وتوفر أنواعًا أكثر من البلاستيك والراتنجات.

المصدر: Xometry

يتضمن ذلك:

• أكريلونيتريل بيوتاديين ستايرين، أو ABS، المادة المستخدمة في صنع مكعبات ليجو، وكذلك قطع السيارات.
• حمض بولي لاكتيك، أو PLA، بلاستيك قابل للتحلل الحيوي مصنوع من نشا الذرة المتجدد.
• أكريلونيتريل ستايرين أكريليت، أو ASA، مشابه لـ ABS لكن بمقاومة أفضل للأشعة فوق البنفسجية، مما يجعله أكثر ملاءمة للتطبيقات المعرضة لأشعة الشمس.
• بولي إيثيلين تيريفثاليت، أو PET، البلاستيك المستخدم في صنع الزجاجات وعادةً ما يُستعمل في أي شيء يلامس الطعام.
• بولي كربونات، أو PC، يُستخدم في الصوب الزراعية على سبيل المثال، ويُقدّر بقوته وشفافيته.
• بولي بروبلين، أو PP، معروف بمرونته ومقاومته للتآكل، مما يجعله شائعًا في صناعات السيارات والنسيج.
• البلاستيك عالي الأداء: بولي إيثير إيثير كيتون (PEEK)، بولي إيثير كيتون كيتون (PEKK)، وبولي إيثير إيميد (ULTEM®). هذه البلاستيكات لها خصائص ميكانيكية مشابهة للمعادن مع وزن أخف بكثير، مما يجعلها جذابة لصناعات السيارات والفضاء والطب.
• العديد من أنواع البلاستيك الأخرى، بما في ذلك البولي أميدات (مثل النايلون)، خلطات البوليمر (خلط بلاستيك مختلفة في نفس الخيط)، بولي ستيرين عالي الصدم (HIPS)، بولي فينيل كحول (PVA)، إلخ.

من البلاستيك إلى جميع المواد

لفترة طويلة، كان النقاش حول الطباعة ثلاثية الأبعاد يتركز حول تحسين كفاءة وتنوع البلاستيك القابل للاستخدام. الحاجة إلى بلاستيك قابل للتحلل الحيوي مشتركة أيضًا مع صناعة البلاستيك التقليدية.

تغير ذلك مع مرور الوقت عندما بدأت المزيد من الشركات تنظر إلى التصنيع الإضافي وتدرك أنها يمكن أن تطبق مبادئه الأساسية على العديد من المواد الأخرى.

طباعة المعادن ثلاثية الأبعاد

البلاستيك موجود في كل شيء نستخدمه. ومع ذلك، وصل استخدام الطباعة ثلاثية الأبعاد في صناعة البلاستيك إلى الحد الذي تُصنع فيه معظم القطع البلاستيكية لتكون رخيصة ومصنعة بالجملة، عادةً بتصميم بسيط.

لهذا الاستخدام، يكون الاستثمار الضخم في القوالب والأتمتة منطقيًا، حيث سيتم إنشاء ملايين القطع البلاستيكية. بالمقابل، قد تظل الطباعة ثلاثية الأبعاد أبطأ قليلًا وأكثر تكلفة على أساس الوحدة.

ومع ذلك، فإن المعادن أكثر صلابة وتتمتع بخصائص فريدة مثل مقاومة درجات الحرارة العالية، والموصلية، وغيرها.

غالبًا ما تتطلب المعادن عمليات تشكيل، وت stamping، وتفريز معقدة ومكلفة لتحقيق الشكل المرغوب. وبغض النظر عن ذلك، تفرض هذه الأساليب قيودًا قوية على التصميم القابل للتحقيق. نتيجةً لذلك، غالبًا ما يتطلب تصنيع منتجات معدنية عددًا كبيرًا من الأجزاء والتجميع المعقد.

تم تطوير طباعة المعادن ثلاثية الأبعاد أولاً باستخدام مسحوق المعدن، يُوزع ثم يُصهر بالليزر. هذا هو الأساس لأكثر طريقتين مستخدمتين في طباعة المعادن ثلاثية الأبعاد:

• صهر الليزر الانتقائي (SLM)، حيث يكون لمسحوق المعدن نقطة انصهار واحدة ويقوم الليزر بصهر جميع مسحوق المعدن.
  • SLM ينتج أجزاء من معدن واحد.
• التلبيد بالليزر المباشر للمعادن (DMLS)، حيث يتكون مسحوق المعدن من مواد ذات نقاط انصهار متغيرة تتمازج على المستوى الجزيئي عند درجات حرارة مرتفعة.
  • SMLS ينتج أجزاء من سبائك.

الميزة الرئيسية للطباعة ثلاثية الأبعاد هي أنها تسمح بأشكال معقدة لا يمكن تحقيقها بطرق التشكيل التقليدية. يمكن لهذا أن يقلل بشكل كبير من عدد الأجزاء في آلة تحتاج إلى تجميع. كما يمكن أن يتيح تصاميم مبتكرة أقوى أو تستخدم مواد أقل.

المصدر: Hubs

تطور طباعة المعادن ثلاثية الأبعاد

مؤخرًا، يتم تطوير طرق جديدة، على سبيل المثال  الطباعة بالمعادن السائلة (LMP) من قبل باحثي MIT. هذه الطريقة تدمج أساسًا بين الصب الحر الشكل التقليدي والطباعة ثلاثية الأبعاد.

يمكن أن يزيل هذا القيد الرئيسي لطباعة المعادن ثلاثية الأبعاد، وهو أنها تميل إلى عدم التوسع بنفس كفاءة طرق التشكيل التقليدية، مع الحفاظ على المزايا مثل إمكانية تشكيل أشكال أكثر تعقيدًا.

بشكل عام، من المرجح أن تستمر طباعة المعادن ثلاثية الأبعاد في النمو، حيث تُظهر تدريجيًا أنها يمكن أن تكون صلبة مثل الأجزاء المشكّلة مع القدرة على المنافسة السعرية بفضل تقليل التجميع وتصاميم أكثر كفاءة. يجب أن يعزز ذلك صدارة طباعة المعادن ثلاثية الأبعاد كسوق رئيسي في الصناعة، حيث تمثل حاليًا 53% من الإجمالي.

المصدر: Market.us

الطباعة ثلاثية الأبعاد للمواد المركبة والهجينة

يمكن أيضًا تنفيذ الطباعة ثلاثية الأبعاد باستخدام خلطات من المواد. كما نرى، يمكن خلطها مع المعادن في سبائك أو بلاستيك مختلف. ومع ذلك، يمكن أيضًا القيام بذلك بخلطات من مواد مختلفة.

أحد الأمثلة هو المركبات، التي تمزج البلاستيك المطبوع ثلاثيًا مع ألياف. تزيد الألياف الإضافية في البلاستيك من صلابة وقوة الجزء المنتج.

غالبًا ما تكون الألياف الكربونية، ولكن يمكن أن تكون ألياف زجاجية أو كفيلار.

خيار آخر هو المواد الهجينة، التي تمزج البلاستيك المطبوع ثلاثيًا مع شيء آخر تمامًا. يمكنك، على سبيل المثال، الحصول على خيوط تحتوي على مواد عضوية مثل الخيزران أو الفلين أو الخشب. الألوميد، المصنوع من بولي أميدات ومسحوق ألومنيوم، هو مثال آخر على دمج البلاستيك والطباعة ثلاثية الأبعاد للمعادن.

المصدر: BitFab

إن الجمع بين مواد مختلفة هو اتجاه متنامٍ في الصناعة، بما في ذلك الظهور الأخير لعملية التجميع المتعدد المواد (FMAP) التي تستخدم معًا تقنية تشكيل الخيوط المدمجة (FFF)، والكتابة بالحبر المباشر (DIW)، والتحريض بالليزر الحر (FLI).

التطبيقات المتنامية

الفضاء الجوي

إحدى الميزات الرئيسية للمكونات المطبوعة ثلاثيًا هي أنها يمكن أن تستفيد من أشكالها المعقدة لتقليل كمية المادة المطلوبة لنفس الصلابة الهيكلية، مما يقلل الوزن الكلي.

هذا اقتراح جذاب جدًا لصناعة الفضاء الجوي، حيث يسمح كل جرام مخفض بأداء أفضل أو حمولة أكبر، سواء كانت أقمارًا صناعية أو صواريخ على طائرة مقاتلة.

هذه ميزة يسعى لتحقيقها شركة مثل Relativity Space، التي تسعى لإنشاء صاروخ مطبوع ثلاثيًا، صاروخ Terran-R القابل لإعادة الاستخدام.

التصنيع داخل الموقع

إرسال أي شيء إلى الفضاء مكلف، حيث يصل إلى آلاف الدولارات لكل كيلوغرام. هذه مشكلة لأي وجود طويل الأمد في الفضاء، لأنها تعني أن قطع الغيار الاحتياطية تحتاج إلى إرسالها مسبقًا وبكميات احتياطية في حال حدوث عطل.

هذا بدوره يزيد من ميزانية القواعد القمرية المحتملة أو استعمار المريخ بمقدار مرتبة من الحجم. ستكون هذه التكاليف عائقًا إذا أردنا رؤية فجر اقتصاد قائم على الفضاء، بما في ذلك اقتصاد يمكنه توفير إمداد غير محدود من الطاقة الخضراء للأرض.

بديلًا من ذلك قد يكون إنتاج الأشياء في الموقع، باستخدام مواد مستخرجة محليًا مثل الكربون والمعادن. رغم أن الفكرة ليست جديدة، إلا أن الحاجة لنقل محطات التشكيل بالكامل إلى الفضاء جعلتها غير واقعية. يمكن للطابعات ثلاثية الأبعاد أن تساعد هنا.

إنها أكثر صغرًا من طرق التصنيع التقليدية. مع مخزون محدود من المواد الخام، يمكنها تصنيع آلاف الأجزاء المختلفة فقط عند الحاجة. هذا سيقلل بشكل كبير من “الوزن الميت” غير المستخدم في أي مهمة فضائية عميقة.

لم تعد مجرد فكرة، مع نموذج أولي لطابعة معدنية ثلاثية الأبعاد بوزن 180 كغ من قبل ESA تم اختبارها بنجاح في المدار في عام 2024.

نموذج أولي آخر، SpaceCAL، تمكن من الطباعة في بيئة خالية من الوزن لأكثر من 60 مادة مختلفة، بما في ذلك السيليكون، البلاستيك، مركبات الزجاج، المواد الحيوية، إلخ.

لذلك من المحتمل أن مستقبل استكشاف الفضاء سيعتمد على صواريخ قابلة لإعادة الاستخدام، طابعات ثلاثية الأبعاد، وموارد محلية مستخرجة من القمر أو المريخ أو الكويكبات.

الرعاية الصحية

إلى جانب النماذج الأولية الصناعية والأجزاء، يُعد القطاع الطبي محركًا كبيرًا للإيرادات في صناعة التصنيع الإضافي الناضجة.

ذلك لأن الزرعات الطبية مثل زرعات الأسنان أو استبدال الورك تحتاج إلى تصميم مخصص لكل مريض. هذا عامل رئيسي في إبقاء هذه العلاجات مكلفة، حيث لا يمكن تصنيع جزء متماثل للجميع على نطاق واسع.

يشمل ذلك زرعات للأذن أو الفم/الأسنان، وكذلك “أجزاء” بديلة مطبوعة ثلاثيًا لمرضى السرطان أو بعد صدمة مثل الفك أو القفص الصدري أو جزء من الجمجمة.

المصدر: 3D Natives

كما رأينا مؤخرًا أول صمامات قلب سيليكون مطبوعة ثلاثيًا، عظام دقيقة المسام مخصصة، زرعات ثدي، وغيرها.

المصدر: 3D Natives

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

على سبيل المثال، تُستخدم الآن تقنيات “عضو على شريحة” و”جسم على شريحة” لمحاكاة جسم حقيقي، بهدف تقليل معدل الفشل في التجارب السريرية.

المصدر: Harvard

احتمالية أخرى هي الأدوية المطبوعة ثلاثيًا، مما يسمح برعاية صحية أكثر تخصيصًا، دمج الأدوية، وتقليل مشكلات سلاسل الإمداد.

الطباعة الحيوية والروبوتات اللينة

الخطوة التالية قد تكون بدلاً من طباعة استبدال العظام والأعضاء بأجزاء مصنوعة من المعادن أو السيراميك أو السيليكون، أن “نطبع” مباشرةً بخلايا حية لإنشاء أنسجة وأعضاء وظيفية بالكامل.

هذا هو وعد الطباعة الحيوية. استكشفنا بالتفصيل في مقال سابق كيف تعمل وما هي الشركات التي قد تستفيد منها أكثر.

يمكن أن يمتد ذلك إلى ما وراء الأعضاء الداخلية وربما يشمل طباعة أدمغة، حيث تُستخدم الآن أعضية دماغية صغيرة في أبحاث مرض الزهايمر لدراسة كيفية تفاعل أنسجة الدماغ مع العلاجات المحتملة. بنفس الطريقة، يمكن “طباعة” الخلايا العصبية لإنشاء شبكية اصطناعية:

يمكن أيضًا استخدام الطباعة ثلاثية الأبعاد لتعميم مجال “الروبوتات اللينة”، من خلال السماح للآلات بتقليد البيولوجيا (المحاكاة الحيوية). يمكن أن يخلق ذلك أنظمة روبوتية أكثر أمانًا ووظيفة.

أشباه الموصلات والحوسبة

يمكن تنفيذ طباعة المعادن ثلاثية الأبعاد للزرعات أو أجزاء مفاعل الطائرات، ولكن يمكن أيضًا تنفيذها على نطاق أصغر بكثير.

فتح هذا الطريق للطباعة ثلاثية الأبعاد باستخدام أحبار موصلة أو عازلة وسيراميك. أحد القادة في هذه التقنية هو Nano Dimension، الذي يمتلك الآن أيضًا شركة Desktop Metal المتخصصة في طباعة المعادن ثلاثية الأبعاد.

تدعي Nano Dimensions أنها يمكن أن تقلل البصمة البيئية للتصنيع، مع تقليل انبعاثات CO2 بنسبة 94%، واستهلاك الماء بنسبة 100%، والمواد بنسبة 98%، والمواد الكيميائية بنسبة 82%.

من المتوقع حدوث تقدم إضافي في الإلكترونيات المطبوعة ثلاثيًا، لا سيما مع النشر الأخير للباحثين عن ذاكرة مرنة عبر “ذاكرة المعدن السائل”.

الطباعة ثلاثية الأبعاد للخرسانة

بدلاً من التصغير، يمكن للتصنيع الإضافي أن يذهب إلى نطاق أكبر بكثير. على سبيل المثال، تم افتتاح أول مسجد مطبوع ثلاثيًا على الإطلاق في عام 2024 في المملكة العربية السعودية.

كما يمكنك أن تتخيل، فإن حجم الفوهة والطابعة ثلاثية الأبعاد يتجاوز الحدود في مثل هذا المشروع.

المصدر: Cornell University

تتطلب المباني المطبوعة ثلاثيًا عمالة أقل بكثير ويمكن أن تكون أقل تكلفة بشكل كبير، كما ناقشنا في مقالنا “امتلاك المنزل أصبح أكثر صعوبة من أي وقت مضى في أمريكا الشمالية – هل يمكن للطباعة ثلاثية الأبعاد تغيير ذلك؟“.

يمكن أن يكون لهذه الطريقة الجديدة في البناء تطبيقات تتجاوز الأرض:

تم اختيار شركة ICON من قبل NASA لمشروع Olympus، وهو عقد بقيمة 57.2 مليون دولار لنظام طباعة ثلاثية الأبعاد لإنشاء منصات هبوط على القمر، طرق، هياكل غير مضغوطة، ومساكن مضغوطة، باستخدام الريجوليت المحلي (غبار القمر) بدلاً من المواد المستوردة من الأرض. يمكن استخدام نفس الطريقة أيضًا لإنشاء مساكن على المريخ.

المصدر: ICON

مستقبل التصنيع الإضافي

تحسين التكنولوجيا

تحسّن التصنيع التقليدي تدريجيًا على مدار أكثر من قرنين من الثورة الصناعية، أو حتى أكثر عندما يتعلق الأمر بالمعادن.

لذا، ربما ليس من المفاجئ أن الطباعة ثلاثية الأبعاد لا تزال في بداية تحقيق كامل إمكاناتها.

اكتشاف المشكلات

على سبيل المثال، غالبًا ما تحتاج قطع المعادن لصناعة الفضاء إلى فحص بالأشعة السينية لتحديد ما إذا كانت الطباعة قد نجحت دون عيوب. هذا مكلف ويبطئ الإنتاج. بدلاً من ذلك، وجد الباحثون أن التعلم العميق للذكاء الاصطناعي مع فحوصات الأشعة المقطعية يمكن أن يعمل.

في الوقت نفسه، يمكن لتقنية تسمى المراقبة الصوتية (الكشف عن مشكلة عبر الصوت) أن تساعد في اكتشاف العيوب في الوقت الحقيقي.

طرق إنتاج جديدة

من بين التحسينات المحتملة، يمكننا استبدال تقنية البوليمرة الثنائية الفوتونية (TPP) الحالية، التي تتطلب ليزرين فمتوثانية للطباعة الصناعية على مقياس الميكرو، حيث أن TPP مكلفة، فإن اكتشاف أن الليزرات ذات القدرة الأقل يمكن أن تؤدي بنفس الكفاءة قد يوسع السوق أكثر لطباعة الإلكترونيات الدقيقة.

حتى الآن، تعتمد جميع الطرق تقريبًا على استخدام صلب (خيط) أو مسحوق ثم صهره. ومع ذلك، لا تزال أفكار طباعة ثلاثية الأبعاد جديدة تظهر، لا سيما طباعة الفصل الطوري المستحث بالبخار (VIPS-3D). يمكن أن تكون هذه الطريقة قوية جدًا لتجميع أجزاء مع مواد مختلطة أو تتطلب مستويات متفاوتة من المسامية. كما أنها تتطلب مواد وطاقة أقل، مما يقلل التكاليف.

4^th الثورة الصناعية الرابعة & التصنيع اللامركزي

لطالما كانت الطباعة ثلاثية الأبعاد مجالًا محجوزًا للخبراء الصناعيين والهواة المتحمسين. كما أنها كانت تتطلب استثمارًا أوليًا كبيرًا، مع خطر أن تكون الآلات المكتسبة إما كثيرة جدًا أو قليلة جدًا مقارنة بالاحتياجات الفعلية، مما يؤدي إلى عدم كفاءة رأس المال.

هذا الأمر أصبح أقل صحة بفضل مزودي الخدمات الكبيرة الذين يقدمون استخدام الطابعات ثلاثية الأبعاد بالإضافة إلى العمالة الماهرة كخدمة. يجمع ذلك موارد العديد من المستخدمين المختلفين، مما يخفف الذروة في الطلب على الطابعات ثلاثية الأبعاد.

غالبًا ما يجمع هؤلاء المزودون خدمات الطباعة ثلاثية الأبعاد مع تشغيل ماكينات CNC (التحكم العددي بالحاسوب)، والمسح الضوئي ثلاثي الأبعاد، وتصميم ثلاثي الأبعاد، وغيرها.

يمكن حتى الوصول إلى الآلة المستأجرة مباشرةً من قبل المستخدم عبر السحابة في بعض الحالات.

في الوقت نفسه، يكتشف الباحثون في مجالات مختلفة مثل البيولوجيا أو الكيمياء أنه قد يتم استبدال جزء بقيمة 100,000 دولار في مطياف الكتلة بقطعة مطبوعة ثلاثيًا في المختبر بتكلفة بضعة دولارات فقط.

بشكل عام، من المرجح أن نشهد مرونة متزايدة في سلاسل الإمداد، بالإضافة إلى تصنيع أكثر لامركزية ينتج عن تعميم الطباعة ثلاثية الأبعاد.

سيجعل ذلك التصنيع الإضافي مكونًا رئيسيًا في الثورة الصناعية الرابعة المستمرة، إلى جانب الذكاء الاصطناعي، الروبوتات، المصانع الذكية، الاتصال، إنترنت الأشياء، وغيرها.

الاستثمار في الطباعة ثلاثية الأبعاد

الطباعة ثلاثية الأبعاد الآن فقط تصل إلى النضج التكنولوجي، بالإضافة إلى توحيد السوق. يمنح هذا المستثمرين رؤية أكبر مقارنة بالماضي ويؤكد أن هذه التقنية ليست مجرد موضة عابرة بل ستستمر.

يمكنك الاستثمار في شركات ذات صلة بالطباعة ثلاثية الأبعاد عبر العديد من الوسطاء، ويمكنك العثور على توصياتنا لأفضل الوسطاء في الولايات المتحدة، كندا، أستراليا، المملكة المتحدة، وكذلك العديد من البلدان الأخرى.

إلى جانب الشركات التي نناقشها أدناه، يمكنك أيضًا العثور على أفكار استثمارية محتملة في مقالنا “أفضل 10 أسهم في مجال التكنولوجيا النانوية“.

إذا لم تكن مهتمًا باختيار شركات طباعة ثلاثية الأبعاد محددة، يمكنك أيضًا النظر في الصناديق المتداولة مثل صندوق ARK Invest للطباعة ثلاثية الأبعاد (PRNT) للاستفادة من نمو قطاع التصنيع الإضافي ككل.

شركات الطباعة ثلاثية الأبعاد

(بالإضافة إلى الشركات التي نناقشها أدناه، يمكنك قراءة عن أخرى في مقالنا “أفضل 10 أسهم في التصنيع الإضافي والطباعة ثلاثية الأبعاد للمراقبة“)

1. Nano Dimension

تركز معظم شركات التصنيع الإضافي على المعادن والبلاستيك، مع التركيز على الأجزاء الميكانيكية المعقدة. بينما تركز Nano Dimension على الإلكترونيات المطبوعة ثلاثيًا. تشمل هذه التقنيات المتخصصة جدًا أحبار موصلة أو عازلة وسيراميك، يمكن استخدامها على سبيل المثال لبناء مكونات بصرية أو راديوية.

هذا أحد التطبيقات المحتملة للطباعة ثلاثية الأبعاد على المستوى النانوي، والتي استكشفناها أكثر في “نظرة على طباعة ثلاثية الأبعاد على المستوى النانوي المستعدة للتسويق”.

نمت Nano Dimension من خلال مزيج من الاستحواذات والبحث والتطوير الداخلي.

المصدر: Nano Dimensions

تصل هذه الاستراتيجية إلى ذروتها مع الاستحواذ على Desktop Metal في عام 2024. معًا، ستحظى الشركتان بموقع أقوى بكثير في طباعة المعادن والسيراميك على جميع المستويات، من الإلكترونيات إلى المعدات الصناعية الكبيرة والفضاء الجوي.

كما يخلق ذلك اقتصاديات حجم من خلال دمج قاعدة العملاء التي تشمل SpaceX (SPCX ) ، Tesla (TSLA ) ، GE، Honeywell، Emerson، Raytheon، NASA، Medtronics، وغيرها.

أخيرًا، كانت الشركتان نشطتين في مناطق جغرافية مختلفة، حيث تتواجد Nano Dimension في أوروبا وDesktop Metal في الولايات المتحدة، مما يسمح بتآزر من خلال دمج فرق المبيعات.

المصدر: Nano Dimension

تدعي الشركة أنها يمكن أن تقلل البصمة البيئية للتصنيع، مع تقليل انبعاثات CO2 بنسبة 94%، واستهلاك الماء بنسبة 100%، والمواد بنسبة 98%، والمواد الكيميائية بنسبة 82%.

بشكل عام، نتوقع أن تظهر Nano Dimension كواحدة من القادة في هذه التقنية.

المصدر: Nano Dimensions

ومع ذلك، يجب أن يكون المستثمرون على علم بأن كل من Nano Dimension وDesktop Metal كانتا سالبتي التدفق النقدي بعد الاستحواذ، لذا سيتعين على الشركة الناتجة خفض التكاليف أو النمو بما يكفي لتحقيق الربح في المستقبل.

2. 3D Systems Corporation

يمكن لشركة 3D Systems طباعة 130 مادة، وإنتاج أكثر من مليون جزء يوميًا. في الربع الرابع من عام 2023، قدمت 5 مواد جديدة و3 ترقيات للطابعات.

في عام 2023، انخفضت الإيرادات قليلًا بسبب تراجع قطاع تقويم الأسنان والأسنان، نتيجة انخفاض الإنفاق الاستهلاكي. تم تعويض ذلك جزئيًا بنمو قوي في قطاعات الفضاء الجوي، والمجوهرات، وغيرها.

كما تعمل الشركة على تقنية طباعة حيوية ثلاثية الأبعاد، يمكن استخدامها لإنشاء أعضاء اصطناعية، مع هدف عام 2026 لتجربة بشرية في زرع رئة. يُقدر حجم السوق القابل للتعامل به بـ 4 مليارات دولار.

تستمر الشركة في تحقيق تقدم في هذا المجال، لا سيما مع أكثر كائن مطبوع ثلاثيًا تعقيدًا على الإطلاق (إطار رئة بشرية) وعضو على شريحة من خلال شركتها الفرعية المملوكة بالكامل Systemic Bio (عقد مع 2 من أكبر 4 شركات أدوية).

المصدر: 3D Systems

الاندماجات السابقة (والمستقبلية؟)

تم رفض محاولة الاندماج مع Stratasys في عام 2023 من قبل مساهميها. ومع ذلك، لا يزال من غير الواضح ما إذا كان الاندماج الأخير بين Nano Dimension وDesktop Metal سيخلق بعض العجلة لمنافساتها للاندماج في شركة أكبر.

إذا لم يحدث المزيد من الاندماجات بين أكبر ثلاث شركات طباعة ثلاثية الأبعاد، فمن المحتمل أن يتجه الصناعة نحو احتكار ثلاثي يضم 3D Systems، Stratasys، وNano Dimension، مع إجبار الجهات الفاعلة الأصغر مثل Velo3D وMarkforged على الاندماج مع بعضها البعض أو الاستحواذ عليها من قبل أحد “الكبار الثلاثة”.