تنوع الطباعة ثلاثية الأبعاد: الطباعة النامية، الروبوتات، وأكثر

تصنيع الإضافي قطع شوطًا طويلًا منذ أن قدم الدكتور هيديو كوداما فكرة الطباعة بطبقات بدلاً من القالب الحقني في عام 1981. ومنذ ذلك الحين، تدفق مستمر من الابتكارات التي غيرت قواعد اللعبة وأدت إلى تطور هذه العملية التصنيعية الحديثة. الآن، يستعد تنوع الطباعة ثلاثية الأبعاد للتوسع أكثر بفضل بعض المفاهيم المبتكرة التي تدخل السوق. إليك ما تحتاج إلى معرفته.

ما وراء التخصيص: القدرات المتوسعة للطباعة ثلاثية الأبعاد

الطابعات ثلاثية الأبعاد قادرة على أكثر من مجرد إنشاء أشكال مخصصة. يمكن للطابعات ثلاثية الأبعاد اليوم طباعة المعادن، المركبات الحديثة، الإلكترونيات العاملة، وحتى الأعضاء البشرية. كل هذه التطورات تستمر في دفع الابتكارات في القطاع إلى الأمام. إليك بعض التطورات الأخيرة في الطباعة ثلاثية الأبعاد التي قد ترتقي بالصناعة إلى المستوى التالي.

الطباعة ثلاثية الأبعاد في الروبوتات: عصر جديد للمحركات

عند التفكير في الروبوتات المطبوعة ثلاثيًا، ربما تتخيل طابعة معدنية ثلاثية الأبعاد تنتج قطعًا روبوتية تُجمع لاحقًا قبل أن تصبح وظيفية. بينما هذا النهج ممكن تمامًا، لا يكون منطقيًا إلا إذا كانت الروبوتات المطبوعة تحتاج إلى إنتاج على نطاق صغير أو تخصيص فريد من نوعه.

استخدام أفضل للطباعة ثلاثية الأبعاد في الروبوتات هو إنشاء المحركات. المحركات هي الأنظمة التي تعمل عندما تحرك أجزاء الروبوت. عادةً ما تكون مصنوعة من نوع من السيرفو الكهربائي الذي يعمل عند تطبيق التيار. العيب في هذا النهج هو أن السيرفو ثقيل، صلب، ويضيف تعقيدًا إلى الأجهزة.

أدركًا لهذه القيود، أصدرت فريق من مختبر البوليمرات الوظيفية في إمبا دراسة Rapid Manufacturing of High-Permittivity Dielectric Elastomer Actuator Fibers¹. تسلط هذه الدراسة الضوء على نهج جديد لإنشاء عضلات صناعية تعمل كمحركات للروبوتات. توضح الدراسة كيف أن الطريقة الجديدة تلغي الحاجة إلى الإنتاج الطبقي المتسلسل.

محركات الإيلاستومر العازلة: تقدمات الروبوتات الناعمة

يسمح استخدام التصنيع المستمر القائم على الاستخراج المشترك للطابعة ثلاثية الأبعاد بإنشاء محركات تعمل مع الحفاظ على المبادئ الأساسية مثل النعومة والمرونة الموجودة في نظيراتها البشرية. على وجه التحديد، تنقبض هذه الوحدات عندما يُطبق الجهد وتستريح إلى حالة موسعة عندما لا تكون مشحونة. هذا الفعل مشابه لكيفية عمل عضلاتك.

مصدر – إمبا

مواد مبتكرة: نهج الحبر المزدوج

كان المفتاح لتطويرهم هو إنشاء نوع خاص من الطابعة والحبر. كان الحبر يحتاج إلى أن يسيّ liquify بسهولة تحت ظروف معينة، لكنه يحتفظ بشكله، مرونته، وقدرته على الانقباض عند الانتهاء. دمج المهندسون مادتين سيليكونيتين مختلفتين.

إحدى المواد كانت مادة قطب موصلية. الطبقة الأخرى تكوّنت من عازل غير موصل. تم طباعة الاثنين معًا في نفس الوقت. ومن الجدير بالذكر أن المواد لم تختلط بل طُبعت بنمط ربط متقاطع يشبه تشابك الأصابع. بالإضافة إلى ذلك، تم تطوير فوهة خاصة لتوصيل المواد.

كانت النتيجة محركًا فائق الاستجابة يزن أقل من سابقيه ولا يحتوي على أجزاء متحركة. أشار المهندسون إلى أن محركاتهم يمكن تصنيعها بأي تصميم تقريبًا لتناسب مجموعة واسعة من التطبيقات. بالإضافة إلى ذلك، تكلفتها أقل في الطباعة وتتمتع بعمر افتراضي أطول من نظيراتها السيرفو.

التطبيقات المحتملة: من الروبوتات إلى الطب

هناك عدة تطبيقات لهذه التقنية تمتد عبر قطاعات متعددة. بالفعل، ناقش المهندسون استخدام التقنية لإنشاء ألياف رقيقة وعاملة ذات سماحية عالية يمكن أن تحل محل ألياف العضلات البشرية إذا تعرضت للإصابة.
في المستقبل، قد ترى هذه المحركات الرخيصة والموثوقة تُستخدم في السيارات، الآلات، وقطاعات أخرى تعتمد حاليًا على بدائل قديمة وغير فعّالة. الآن، يسعى الفريق إلى خفض تكاليف الإنتاج واكتشاف تطبيقات جديدة لهذه التقنية المتقدمة في الطباعة ثلاثية الأبعاد.

الطباعة النامية: طريقة طباعة ثلاثية الأبعاد مستوحاة من الطبيعة

قدم مهندسون من معهد بيكمان للعلوم والتكنولوجيا المتقدمة مؤخرًا طريقة طباعة ثلاثية الأبعاد مستوحاة من الطبيعة تُلغي الحاجة إلى معدات أو قوالب خاصة. الورقة البحثية Morphogenic Growth 3D Printing² تعد بخفض تكاليف الطباعة ثلاثية الأبعاد وتمكين تصنيع أسرع لأجزاء مخصصة باستخدام بوليمرات متقدمة.

الطباعة النامية هي تطور مثير يستلهم من طريقة نمو الأشجار بمرور الوقت. عندما تنظر إلى شجرة، قد لا تدرك أن نموها مزيج من جيناتٍ وبيئة. تقوم الأشجار بإجراء تعديلات دقيقة باستمرار في نموها لتحسين موقعها.

مصدر – معهد بيكمان