مقدمة في الطباعة ثلاثية الأبعاد - كتاب التصميم الهندسي - الصف 12 - الفصل 1 - المملكة العربية السعودية

رابط الدرس الرقمي

www.ien.edu.sa

الدرس الأول

مقدمة في الطباعة ثلاثية الأبعاد

أساسيات الطباعة ثلاثية الأبعاد

Basics of 3D Printing

تنتج الطابعات ثلاثية الأبعاد مجسمًا واقعيًا من ملف النموذج الرقمي ثلاثي الأبعاد، عن طريق تطبيق عدة طبقات رقيقة من المواد المحددة بالتتابع. وتكمن الخطوة الأولى في الطباعة ثلاثية الأبعاد في إنشاء نموذج ثلاثي الأبعاد للمجسم المطلوب طباعته. ويمكنك تصميم هذا النموذج باستخدام برنامج خاص بالنمذجة ثلاثية الأبعاد، أو بمسح المجسم باستخدام ماسح ضوئي ثلاثي الأبعاد. وتختلف المخرجات وفقًا لنوع الطابعة والمواد المستخدمة. وتعد لدائن البلاستيك، والمعادن، والسيراميك والرمل من أكثر مواد الإنتاج والنمذجة شيوعًا في الطباعة ثلاثية الأبعاد. وتجري حاليًا أبحاث متقدمة على استخدام المواد الحيوية لصناعة الأغذية باستخدام هذا النوع من الطباعة. كما تتوفر عدة طابعات من هذا النوع بسعر مناسب للمبتدئين.

يستخدم المهندسون والمصممون الطابعات ثلاثية الأبعاد لاختبار النماذج الأولية. كما تستخدم شركات التصنيع هذه الطابعات لتصنيع بعض الأجزاء المعقدة لمنتجاتها. إضافة إلى ذلك، يمكن للأفراد والشركات استخدام هذه الطابعات للتصنيع الذاتي (DIY - Do It Yourself). حيث يشير هذا المصطلح إلى إنشاء أو بناء شيء ما باستخدام الأدوات والمواد والتقنيات المتاحة بشكل شائع من قبل الأفراد، دون الحاجة إلى التدريب المهني أو المعدات المتخصصة، مما يتيح للأشخاص تصنيع أشياء ومنتجات لم يكن بإمكانهم إنشاؤها من قبل. تُعد الطباعة ثلاثية الأبعاد عملية تصنيع دون استخدام اليدين، حيث كان على المهندسين استخدام آلات الحفر والطحن، والمخارط، إضافة إلى تقنيات المحاذاة والقياس، وكذلك معالجة قطع العمل يدويًا، الأمر الذي كان عرضة للأخطاء البشرية وواجه تحديات كبيرة في سبيل تحقيق دقة عالية، بينما تسمح الطباعة ثلاثية الأبعاد بإنتاج مجسمات معقدة ومركبة، مع تقليل احتمالية حدوث خطأ بشري مثل: معايرة سطح الطباعة فيها، وضبط الإعدادات المناسبة لبرنامج المقطع (Slicer) وتحديد إعدادات التصنيع المناسبة.

تاريخ الطباعة ثلاثية الأبعاد

History of 3D Printing

في الثمانينيات كانت الطباعة ثلاثية الأبعاد تُسمى بالتصميم السريع للنماذج الأولية (RP - Rapid Prototyping)، ويصف هذا المصطلح عملية إنشاء تمثيل سريع لجزء أو نظام قبل إصداره النهائي أو صناعته على نطاق تجاري. وكانت تلك التقنية تهدف بشكل أساسي إلى إيجاد طريقة سريعة وفعالة من حيث التكلفة لإنشاء نماذج صناعية أولية. كان الدكتور هيديو كوداما (Hideo Kodama) أول من تقدم بطلب براءة اختراع للتصميم السريع للنماذج الأولية (Stereolithography – SLA) في مايو 1980 في اليابان. وكانت الطباعة الحجرية المجسمة أول عملية طباعة تجارية ثلاثية الأبعاد تم تطويرها في الثمانينيات.

شكل 3.1: لقطة مقربة لآلة طابعة ثلاثية الأبعاد تطبع نموذجًا بلاستيكيًا.

وزارة التعليم

159

2023 - 1444

رابط الدرس الرقميwww.ien.edu.saالدرس الأول مقدمة في الطباعة ثلاثية الأبعادأساسيات الطباعة ثلاثية الأبعادBasics of 3D Printingتنتج الطابعات ثلاثية الأبعاد مجسمًا واقعيًا من ملف النموذج الرقمي ثلاثي الأبعاد، عن طريق تطبيق عدة طبقات رقيقة من المواد المحددة بالتتابع. وتكمن الخطوة الأولى في الطباعة ثلاثية الأبعاد في إنشاء نموذج ثلاثي الأبعاد للمجسم المطلوب طباعته. ويمكنك تصميم هذا النموذج باستخدام برنامج خاص بالنمذجة ثلاثية الأبعاد، أو بمسح المجسم باستخدام ماسح ضوئي ثلاثي الأبعاد. وتختلف المخرجات وفقًا لنوع الطابعة والمواد المستخدمة. وتعد لدائن البلاستيك، والمعادن، والسيراميك والرمل من أكثر مواد الإنتاج والنمذجة شيوعًا في الطباعة ثلاثية الأبعاد. وتجري حاليًا أبحاث متقدمة على استخدام المواد الحيوية لصناعة الأغذية باستخدام هذا النوع من الطباعة. كما تتوفر عدة طابعات من هذا النوع بسعر مناسب للمبتدئين.يستخدم المهندسون والمصممون الطابعات ثلاثية الأبعاد لاختبار النماذج الأولية. كما تستخدم شركات التصنيع هذه الطابعات لتصنيع بعض الأجزاء المعقدة لمنتجاتها. إضافة إلى ذلك، يمكن للأفراد والشركات استخدام هذه الطابعات للتصنيع الذاتي (DIY - Do It Yourself). حيث يشير هذا المصطلح إلى إنشاء أو بناء شيء ما باستخدام الأدوات والمواد والتقنيات المتاحة بشكل شائع من قبل الأفراد، دون الحاجة إلى التدريب المهني أو المعدات المتخصصة، مما يتيح للأشخاص تصنيع أشياء ومنتجات لم يكن بإمكانهم إنشاؤها من قبل. تُعد الطباعة ثلاثية الأبعاد عملية تصنيع دون استخدام اليدين، حيث كان على المهندسين استخدام آلات الحفر والطحن، والمخارط، إضافة إلى تقنيات المحاذاة والقياس، وكذلك معالجة قطع العمل يدويًا، الأمر الذي كان عرضة للأخطاء البشرية وواجه تحديات كبيرة في سبيل تحقيق دقة عالية، بينما تسمح الطباعة ثلاثية الأبعاد بإنتاج مجسمات معقدة ومركبة، مع تقليل احتمالية حدوث خطأ بشري مثل: معايرة سطح الطباعة فيها، وضبط الإعدادات المناسبة لبرنامج المقطع (Slicer) وتحديد إعدادات التصنيع المناسبة.تاريخ الطباعة ثلاثية الأبعادHistory of 3D Printingفي الثمانينيات كانت الطباعة ثلاثية الأبعاد تُسمى بالتصميم السريع للنماذج الأولية (RP - Rapid Prototyping)، ويصف هذا المصطلح عملية إنشاء تمثيل سريع لجزء أو نظام قبل إصداره النهائي أو صناعته على نطاق تجاري. وكانت تلك التقنية تهدف بشكل أساسي إلى إيجاد طريقة سريعة وفعالة من حيث التكلفة لإنشاء نماذج صناعية أولية. كان الدكتور هيديو كوداما (Hideo Kodama) أول من تقدم بطلب براءة اختراع للتصميم السريع للنماذج الأولية (Stereolithography – SLA) في مايو 1980 في اليابان. وكانت الطباعة الحجرية المجسمة أول عملية طباعة تجارية ثلاثية الأبعاد تم تطويرها في الثمانينيات.شكل 3.1: لقطة مقربة لآلة طابعة ثلاثية الأبعاد تطبع نموذجًا بلاستيكيًا.2023 - 1444--- VISUAL CONTEXT --- **IMAGE**: رابط الدرس الرقمي Description: A QR code image, typically used for scanning with a mobile device to access digital content. The associated text indicates it links to 'www.ien.edu.sa'. Context: Provides a quick digital link for students to access supplementary lesson materials or resources online.**FIGURE**: شكل 3.1: لقطة مقربة لآلة طابعة ثلاثية الأبعاد تطبع نموذجًا بلاستيكيًا. Description: A close-up image showing the nozzle of a 3D printer in action. The nozzle is extruding a thin stream of green plastic filament, which is being deposited layer by layer to form a three-dimensional plastic model on a build platform. The image highlights the precision and detail involved in the additive manufacturing process of 3D printing. Context: Illustrates the practical application and visual process of 3D printing, complementing the textual explanation of its basics and history.