كتب 3d printing challenges

نتيجة للتقدم التكنولوجي المستمر، ومحاولة استخدام الطّباعة ثلاثيّة الأبعاد في أغلب المجالات، كان لا بد لهذه التقنية من أن تواجه بعض الصعوبات والتحديات التي تمثلت في القطاعات التالية : التحديات في قطاع المواد، التحديات في قطاع وقت الإنتاج والطّباعة، التحديات في قطاع تكلفة الطّباعة.

التحديات في قطاع المواد

هناك الكثير من المواد التي تستخدم في الطّباعة ثلاثيّة الأبعاد، مثل البلاستيك الحراري والبوليمرات والمعادن بالإضافة إلى المواد العضوية، لكن الباحثين ما زالوا في صدد اكتشاف مواد جديدة بمواصفات محددة، وما زال قطاع مواد الطّباعة يشكل تحديا كبيرًا لهؤلاء الباحثين، وتوجهت التحديات في قطاع المواد نحو المناحي التالية : استخدام مواد مختلفة، دمج المواد واستخدام أكثر من مادة في الصنيع، دقة الطّباعة.

استخدام مواد مختلفة

أكثر المواد استخداما في الطّباعة ثلاثيّة الأبعاد هي البلاستيك الحراري، لأنه سهل التليين عند الطّباعة، ويتصلب في درجة حرارة الغرفة العادية . وأيّضا المواد العضوية مثل ( PLA, ABS) المكونتين من حمض "البوليلاكتيك" المستخرج من حمض اللاكتيك، ولكن المشكلة الأساسية في هذه المواد هي أنها تتقلص ويتغير شكلها وتتشوه عند تبريدها. ولهذا يبحث العلماء والباحثون عن المواد الأكثر استقرارًا عند تسخينها أو تبريدها، كما أنهم يبحثون في موضوع طباعة المعادن، ويبحثون أكثر في مجال الطّباعة العضوية لما له من أهمية واستخدامات كبيرة خاصة في المجال الطبي.

دمج المواد وخلط أكثر من مادة مع بعضها البعض

لكل مادة خصائصها، ودمج أكثر من مادة مع بعضها البعض يعني أساليب وظروف وبيئات مختلفة للطباعة، والأسلوب السائد حاليا لطباعة مجسم يحتوي موادَّ مختلفة، هو العمل فيه على مراحل مختلفة، لكل مرحلة خصائصها وظروفها وأسلوبها المناسب للمادة المراد العمل بها. ولطباعة مجسم يحتوي على عدة مواد، يجب أن تكون لهذه المواد خصائص معينة تتناسب مع ظروف طباعة المادة التي تليها، كأن لا تذوب لو تعرضت لحرارة أعلى أو لا يتغير شكلها. حاليًا استطاع الباحثون والمطورون العمل على أكثر من لون من نفس المادة، أو طباعة المجسم بأكثر من أسلوب، مثل طباعة القطع الإلكترونية الصغيرة، حيث يطبع البلاستيك على طابعة مخصصة لطباعة البلاستك، ومن ثم على طابعة أخرى مخصصة للمعادن تطبع المكونات المعدنية، العمل المستقبلي في هذا الإطار هو لتحديد متى وأيّن تطبع مادة معينة في المجسم على نفس الطابعة دون تحريك القطعة أو نقلها من مكان إلى آخر.

دقة الطّباعة

دقة الطّباعة هي حجم كل طبقة في النموذج المراد طباعته، وتحدد دقة الطّباعة بتحديد حجم المادة الخارجة من رأس الطّباعة، وتقاس بالميكروميتر. تتراوح دقة الطباعات في أيّامنا هذه من 100 ميكروميتر إلى 0.1 ميكروميتر في الطابعات المتقدمة، ولكن هذه الدقة لن تكون كافية في المستقبل القريب، تبعا لحجم المجسم المطبوع وخصائصه، فبعض المجسمات الدقيقة مثل اعضاء جسم الإنسان والقطع الإلكترونية بحاجة إلى دقة أعلى لتجسيم التفاصيل الصغيرة فيها. وبناء على هذا ما زال المطورون يعملون على تحسين دقة الطّباعة، وأيضا يجرون البحوث على المواد التي تحافظ على خصائصها وتبقى قوية كفاية عند الطّباعة بتفاصيل أدق وأحجام أصغر، وقد توصلوا إلى دقة 200 نانو متر، وهي أعلى دقة موجودة إلى الآن.

الوقت اللازم لإتمام الطّباعة ثلاثيّة الأبعاد

خفضت الطّباعة ثلاثيّة الأبعاد مراحل التصنيع، بالإضافة إلى تخفيض الوقت اللازم للإنتاج، فالمنتج الذي كان يحتاج إلى أسبوعين أصبح ينجز خلال 48 ساعة، والتحدي الآن في تخفيض الوقت اللازم للطباعة بحيث يصبح أقل ما يمكن.

تكاليف الطّباعة ثلاثيّة الأبعاد

أثبتت الطّباعة ثلاثيّة الأبعاد أنها أقل تكلفة من الصناعة التقليدية، وتقسم التكاليف إلى قسمين، القسم الأول وهو تكلفة الطابعة ثلاثيّة الأبعاد، والثاني هو تكلفة المواد اللازمة للطباعة، وقد تبين أن تكلفة المواد أعلى بكثير من تكلفة شراء الطابعة نفسها، ومعظم الاستثمارات تنفق على تصنيع مواد الطّباعة أو الأبحاث المتعلقة بها، أنظر إلى الجدول التالي الذي يوضح الفروقات في تكلفة الإنتاج التقليدي وتكلفة الطّباعة ثلاثيّة الأبعاد بالإضافة إلى الزمن اللازم لكلّ منهما.

المطورون مازالوا يعملون لتخفيض تكلفة الطّباعة، وأصبح سعر الطابعات اليوم اقل ارتفاعًا من السابق، حيث وصل سعر الطابعة ثلاثيّة الأبعاد إلى 400$ وهو في متناول اليد، ولكن يجب أن ناخذ بعين الاعتبار أن أسعار الطابعات تختلف حسب المهمة المطلوب إنجازها، فالطابعات التي تستخدم في المجال الطبي أكثر تكلفة وأعلى سعرًا من تلك الطابعات الشخصية.

هذا ويجب لفت النظر إلى أن تكلفة الصناعة التقليدية تزداد كلما ازاد تعقيد المنتج المطلوب، بينما سعر الطّباعة ثلاثيّة الأبعاد سيبقى ثابتا، لأن الطابعة تستطيع أن تنجز العمل المطلوب مهما كانت درجة تعقيده خلال مرحلة واحدة. الرسم البياني التالي يوضح الفرق بين تكلفة الصناعة التقليدية والطّباعة ثلاثيّة الأبعاد.