أنواع الطابعات ثلاثية الأبعاد - كتاب التصميم الهندسي - الصف 12 - الفصل 1 - المملكة العربية السعودية

أنواع الطابعات ثلاثية الأبعاد Types of 3D Printers

تعد الطباعة ثلاثية الأبعاد أحد أنواع التصنيع بالإضافة (Additive Manufacturing)، حيث تتم خلالها إضافة المواد طبقة تلو الأخرى لإنشاء نموذج ثلاثي الأبعاد. وتصنف عمليات التصنيع بالإضافة إلى عدة أنواع، وتتضمن عملية صهر طبقة المسحوق (Powder Bed Fusion)، وعملية بثق المواد (Material Extrusion)، وعملية البلمرة (Polymerization)، وتجميع الرقائق (Sheet Lamination)، والربط الطبقي (Binder Jetting)، والترسيب بالطاقة الموجهة (Directed Energy Deposition)، حيث تتضمن هذه العمليات ترسيب ودمج طبقات من المواد باستخدام تقنيات مختلفة مثل: الليزر عالي الطاقة، أو الأشعة الإلكترونية عالية الطاقة، أو التسخين، أو استخدام الصمغ السائل، أو قطع رقائق المواد وربطها، أو ترسيب مادة رابطة، أو صهر وترسيب المواد باستخدام مصدر طاقة مرتفعة.

الطباعة الحجرية المجسمة Stereolithography

الطباعة الحجرية المجسمة (SLA) هي طريقة تعتمد على الليزر واستخدام أصماغ البوليمرات الضوئية لصنع أجزاء دقيقة، حيث توضع البوليمرات الضوئية في حاوية مع منصة مدعمة قابلة للحركة. وينبعث ليزر ساخن في محوري X-Y على سطح الصمغ في النموذج ثلاثي الأبعاد، مما يؤدي إلى تصلب الصمغ بالطباعة الليزرية الدقيقة. وتستمر هذه العملية حتى يكتمل النموذج وتكون حينها إزالة المنصة. بعد الطباعة لابد من تنظيف المجسمات التي تم إنشاؤها ومعالجتها، وتستخدم في عملية المعالجة إضاءة شديدة من خلال آلية تشبه الفرن لتقوية الصمغ. وتعد الطباعة الحجرية المجسمة واحدة من أكثر تقنيات الطباعة ثلاثية الأبعاد دقة وسلاسة. وتظهر بعض التحديات أمام هذه الطريقة في إجراءات المعالجة المطلوبة بعد الطباعة، وهشاشة النموذج مع مرور الوقت. ويوضح الشكل 3.2 مجسمًا مطبوعًا بطريقة الطباعة الحجرية المجسمة.

شكل 3.2: مجسم مطبوع بالبوليمرات الضوئية بواسطة طابعة ثلاثية الأبعاد

معالجة الضوء الرقمي Digital Light Processing

معالجة الضوء الرقمي (Digital Light Processing – DLP) هي تقنية طباعة ثلاثية الأبعاد تستخدم البوليمرات الضوئية، كما هو الحال في الطباعة الحجرية المجسمة (SLA). مع اختلاف مصدر الإضاءة المستخدم في كل منهما، حيث يتم في هذه التقنية استخدام مصدر إضاءة عام مع لوحة شاشة العرض البلوري السائل (Liquid Crystal Display – LCD) أو جهاز مرآة قابل للتعديل (Deformable Mirror Device – DMD) يتم تطبيقه في مسار واحد على الحاوية التي تحتوي على صمغ البوليمر الضوئي، مما يجعلها أسرع من الطباعة الحجرية المجسمة (SLA). تنشأ معالجة الدقة، ولكنها تتطلب هيكل الدعم ومتطلبات ما بعد المعالجة نفسها التي تتطلبها الطباعة الحجرية المجسمة (SLA). وتتميز تقنية معالجة الضوء الرقمي (DLP) بحاجتها إلى حاوية صغيرة من الصمغ فقط، مما يقلل من المخلفات ومن نفقات التشغيل. ويوضح الشكل 3.3 عملية الطباعة بمعالجة الضوء الرقمي.

شكل 3.3: طباعة ثلاثية الأبعاد بمعالجة الضوء الرقمي

التلبيد والإنصهار بالليزر Laser Sintering and Laser Melting

يُستخدم التلبيد بالليزر المعروفة أيضًا باسم تقنية ذوبان الليزر الانتقائي (Selective Laser Melting – SLM) لدمج مادة المسحوق المستخدم في طباعة الجسم الصلب طبقة تلو الأخرى، وتعمل حاوية المسحوق كهيكل داعم مما يسمح بتنفيذ التصميمات المعقدة. تشكل المسامية وأوقات التبريد الطويلة أهم التحديات لهذه التقنية، ولكن تم إحراز تقدم في طباعة مجسمات بكثافة عالية. كما يمكن أن يعالج التلبيد بالليزر كلا من البلاستيك والمعدن، حيث يتطلب المعدن ليزرًا بطاقة أكبر ودرجات حرارة أعلى. وتنتج هذه الطريقة أجزاء مطبوعة أقوى من تلك التي تنتجها الطباعة الحجرية المجسمة (SLA) والطباعة بمعالجة الضوء الرقمي (DLP)، ولكن بدقة ولمعان أقل. ويوضح الشكل 3.4 قطعة من محرك مطبوع بتقنية التلبيد بالليزر.

شكل 3.4: مجسم مطبوع بواسطة آلة تلبيد بالليزر

وزارة التعليم Ministry of Education 2025 - 1447

160

أنواع الطابعات ثلاثية الأبعاد Types of 3D Printersتعد الطباعة ثلاثية الأبعاد أحد أنواع التصنيع بالإضافة (Additive Manufacturing)، حيث تتم خلالها إضافة المواد طبقة تلو الأخرى لإنشاء نموذج ثلاثي الأبعاد. وتصنف عمليات التصنيع بالإضافة إلى عدة أنواع، وتتضمن عملية صهر طبقة المسحوق (Powder Bed Fusion)، وعملية بثق المواد (Material Extrusion)، وعملية البلمرة (Polymerization)، وتجميع الرقائق (Sheet Lamination)، والربط الطبقي (Binder Jetting)، والترسيب بالطاقة الموجهة (Directed Energy Deposition)، حيث تتضمن هذه العمليات ترسيب ودمج طبقات من المواد باستخدام تقنيات مختلفة مثل: الليزر عالي الطاقة، أو الأشعة الإلكترونية عالية الطاقة، أو التسخين، أو استخدام الصمغ السائل، أو قطع رقائق المواد وربطها، أو ترسيب مادة رابطة، أو صهر وترسيب المواد باستخدام مصدر طاقة مرتفعة.--- SECTION: الطباعة الحجرية المجسمة Stereolithography --- الطباعة الحجرية المجسمة Stereolithographyالطباعة الحجرية المجسمة (SLA) هي طريقة تعتمد على الليزر واستخدام أصماغ البوليمرات الضوئية لصنع أجزاء دقيقة، حيث توضع البوليمرات الضوئية في حاوية مع منصة مدعمة قابلة للحركة. وينبعث ليزر ساخن في محوري X-Y على سطح الصمغ في النموذج ثلاثي الأبعاد، مما يؤدي إلى تصلب الصمغ بالطباعة الليزرية الدقيقة. وتستمر هذه العملية حتى يكتمل النموذج وتكون حينها إزالة المنصة. بعد الطباعة لابد من تنظيف المجسمات التي تم إنشاؤها ومعالجتها، وتستخدم في عملية المعالجة إضاءة شديدة من خلال آلية تشبه الفرن لتقوية الصمغ. وتعد الطباعة الحجرية المجسمة واحدة من أكثر تقنيات الطباعة ثلاثية الأبعاد دقة وسلاسة. وتظهر بعض التحديات أمام هذه الطريقة في إجراءات المعالجة المطلوبة بعد الطباعة، وهشاشة النموذج مع مرور الوقت. ويوضح الشكل 3.2 مجسمًا مطبوعًا بطريقة الطباعة الحجرية المجسمة.--- SECTION: شكل 3.2: مجسم مطبوع بالبوليمرات الضوئية بواسطة طابعة ثلاثية الأبعاد --- شكل 3.2: مجسم مطبوع بالبوليمرات الضوئية بواسطة طابعة ثلاثية الأبعاد--- SECTION: معالجة الضوء الرقمي Digital Light Processing --- معالجة الضوء الرقمي Digital Light Processingمعالجة الضوء الرقمي (Digital Light Processing – DLP) هي تقنية طباعة ثلاثية الأبعاد تستخدم البوليمرات الضوئية، كما هو الحال في الطباعة الحجرية المجسمة (SLA). مع اختلاف مصدر الإضاءة المستخدم في كل منهما، حيث يتم في هذه التقنية استخدام مصدر إضاءة عام مع لوحة شاشة العرض البلوري السائل (Liquid Crystal Display – LCD) أو جهاز مرآة قابل للتعديل (Deformable Mirror Device – DMD) يتم تطبيقه في مسار واحد على الحاوية التي تحتوي على صمغ البوليمر الضوئي، مما يجعلها أسرع من الطباعة الحجرية المجسمة (SLA). تنشأ معالجة الدقة، ولكنها تتطلب هيكل الدعم ومتطلبات ما بعد المعالجة نفسها التي تتطلبها الطباعة الحجرية المجسمة (SLA). وتتميز تقنية معالجة الضوء الرقمي (DLP) بحاجتها إلى حاوية صغيرة من الصمغ فقط، مما يقلل من المخلفات ومن نفقات التشغيل. ويوضح الشكل 3.3 عملية الطباعة بمعالجة الضوء الرقمي.--- SECTION: شكل 3.3: طباعة ثلاثية الأبعاد بمعالجة الضوء الرقمي --- شكل 3.3: طباعة ثلاثية الأبعاد بمعالجة الضوء الرقمي--- SECTION: التلبيد والإنصهار بالليزر Laser Sintering and Laser Melting --- التلبيد والإنصهار بالليزر Laser Sintering and Laser Meltingيُستخدم التلبيد بالليزر المعروفة أيضًا باسم تقنية ذوبان الليزر الانتقائي (Selective Laser Melting – SLM) لدمج مادة المسحوق المستخدم في طباعة الجسم الصلب طبقة تلو الأخرى، وتعمل حاوية المسحوق كهيكل داعم مما يسمح بتنفيذ التصميمات المعقدة. تشكل المسامية وأوقات التبريد الطويلة أهم التحديات لهذه التقنية، ولكن تم إحراز تقدم في طباعة مجسمات بكثافة عالية. كما يمكن أن يعالج التلبيد بالليزر كلا من البلاستيك والمعدن، حيث يتطلب المعدن ليزرًا بطاقة أكبر ودرجات حرارة أعلى. وتنتج هذه الطريقة أجزاء مطبوعة أقوى من تلك التي تنتجها الطباعة الحجرية المجسمة (SLA) والطباعة بمعالجة الضوء الرقمي (DLP)، ولكن بدقة ولمعان أقل. ويوضح الشكل 3.4 قطعة من محرك مطبوع بتقنية التلبيد بالليزر.--- SECTION: شكل 3.4: مجسم مطبوع بواسطة آلة تلبيد بالليزر --- شكل 3.4: مجسم مطبوع بواسطة آلة تلبيد بالليزر--- VISUAL CONTEXT --- **IMAGE**: شكل 3.2: مجسم مطبوع بالبوليمرات الضوئية بواسطة طابعة ثلاثية الأبعاد Description: A white, intricately patterned, spherical 3D-printed object, possibly a decorative sphere or a golf ball, resting on an orange surface. The object exhibits fine details and a lattice-like or porous structure, characteristic of objects produced using photopolymers. Context: This figure illustrates a typical output from Stereolithography (SLA) 3D printing, showcasing the detail achievable with photopolymers.**IMAGE**: شكل 3.3: طباعة ثلاثية الأبعاد بمعالجة الضوء الرقمي Description: A close-up view of a 3D printer's build platform, partially submerged in a liquid resin. A light source is curing layers of the resin, forming a solid object that is visible emerging from the liquid. The image captures the layer-by-layer additive manufacturing process in action. Context: This figure demonstrates the Digital Light Processing (DLP) 3D printing technique, showing the resin curing process.**IMAGE**: شكل 3.4: مجسم مطبوع بواسطة آلة تلبيد بالليزر Description: A metallic 3D-printed object resembling an engine block or a complex mechanical component. It features multiple cylindrical openings and intricate internal structures. The surface appears somewhat rough, which is typical for parts produced by metal powder bed fusion processes like laser sintering or melting. Context: This figure showcases a complex metal part produced using Laser Sintering or Laser Melting technology, highlighting the capabilities of these advanced additive manufacturing methods.