تطبيقات الطباعة ثلاثية الأبعاد

الطباعة ثلاثية الأبعاد لديها العديد من التطبيقات. في التصنيع ، الطب ، الهندسة المعمارية ، والفن والتصميم المخصص. يستخدم بعض الأشخاص الطابعات ثلاثية الأبعاد لإنشاء المزيد من الطابعات ثلاثية الأبعاد. في السيناريو الحالي ، تم استخدام عملية الطباعة ثلاثية الأبعاد في قطاعات التصنيع والقطاعات الطبية والصناعية والاجتماعية والتي تسهل الطباعة ثلاثية الأبعاد لتصبح تكنولوجيا تجارية ناجحة.

تطبيقات التصنيع
فالطباعة ثلاثية الأبعاد تجعل من عملية صنع الأشياء الرخيصة عملية إنتاج رخيصة ، حيث أنها تنتج الآلاف ، وبالتالي تقوض وفورات الحجم. قد يكون لها تأثير عميق على العالم كما فعل المصنع … كما لم يكن أحد يستطيع أن يتنبأ بتأثير المحرك البخاري في عام 1750 – أو المطبعة في عام 1450 ، أو الترانزستور في عام 1950 – من المستحيل التنبؤ بتأثير الطباعة ثلاثية الأبعاد على المدى الطويل. لكن التكنولوجيا قادمة ، ومن المرجح أن تزعج كل مجال يلمسه.

وجدت تقنيات AM تطبيقات بدءا من 1980s في تطوير المنتجات ، والتصور البيانات ، والنماذج الأولية السريعة ، والتصنيع المتخصصة. وقد تم تطويرها في الإنتاج (الإنتاج الوظيفي ، الإنتاج الضخم ، والتصنيع الموزع) قيد التطوير في العقود منذ ذلك الحين. حققت أدوار الإنتاج الصناعي في صناعات المعادن نطاقًا كبيرًا لأول مرة في أوائل عام 2010. منذ بداية القرن الحادي والعشرين ، كان هناك نمو كبير في مبيعات آلات AM ، وانخفض سعرها بشكل كبير. ووفقًا لشركة Wohlers Associates الاستشارية ، فإن سوق الطابعات والخدمات ثلاثية الأبعاد كان بقيمة 2.2 مليار دولار في عام 2012 ، بزيادة 29٪ عن عام 2011. وتتوقع شركة McKinsey أن التصنيع الإضافي قد يكون له تأثير اقتصادي يبلغ 550 مليار دولار سنويًا بحلول عام 2025. هناك العديد من التطبيقات لتقنيات AM ، بما في ذلك الهندسة المعمارية والبناء (AEC) ، والتصميم الصناعي ، والسيارات ، والفضاء ، والعسكرية ، والهندسة ، وصناعات طب الأسنان والطبية ، والتكنولوجيا الحيوية (استبدال الأنسجة البشرية) ، والأزياء ، والأحذية ، والمجوهرات ، والنظارات ، والتعليم ، ونظم المعلومات الجغرافية ، والغذاء والعديد من المجالات الأخرى.

لقد كانت أول تطبيقات التصنيع الإضافي في نهاية مجموعة الأدوات في مجال التصنيع. على سبيل المثال ، كانت النماذج الأولية السريعة واحدة من أوائل المتغيرات المضافة ، وكانت مهمتها تقليل الوقت المستغرق وتكلفة تطوير نماذج أولية للأجزاء والأجهزة الجديدة ، والتي كانت تتم في وقت سابق فقط باستخدام أساليب أدوات الأدوات الطروحة مثل الطحن باستخدام الحاسب الآلي والتحويل ، الطحن الدقيق ، أكثر دقة من الطباعة ثلاثية الأبعاد بدقة تصل إلى 0.00005 “وخلق أجزاء ذات جودة أفضل بشكل أسرع ، ولكن في بعض الأحيان مكلفة للغاية بالنسبة للأجزاء النموذجية منخفضة الدقة. ومع التقدم التكنولوجي في التصنيع الإضافي ، ومع ذلك ، ونشر هذه التطورات في الأعمال التجارية تنتقل الأساليب المضافة بشكل أكبر في نهاية الإنتاج إلى التصنيع بطرق مبتكرة وأحيانًا غير متوقعة ، حيث يمكن في بعض الحالات أن تصبح الأجزاء التي كانت في السابق إحدى طرق الطرح المنفرد أكثر ربحية من خلال الإضافات ، بالإضافة إلى التطورات الجديدة في تسمح تقنية RepRap لنفس الجهاز بتنفيذ التصنيع الإضافي والطرح من خلال تبديل المغناطيسية رؤوس الأدوات المركبة.

التصنيع الإضافي القائم على السحابة
يسمح التصنيع الإضافي بالاشتراك مع تقنيات الحوسبة السحابية بالإنتاج اللامركزي والمستقل الموزع جغرافيًا. يشير التصنيع الإضافي المستند إلى السحابة إلى نموذج التصنيع الشبكي الموجه نحو الخدمة والذي يستطيع فيه عملاء الخدمة بناء أجزاء من خلال البنية الأساسية كخدمة (IaaS) ، والنظام الأساسي كخدمة (PaaS) ، والأجهزة كخدمة (HaaS) ، والبرمجيات كخدمة (SaaS). يتم تنفيذ التصنيع الموزع على هذا النحو من قبل بعض الشركات ؛ هناك أيضًا خدمات مثل 3D Hubs التي تضع الأشخاص الذين يحتاجون إلى الطباعة ثلاثية الأبعاد على اتصال بأصحاب الطابعات.

تقدم بعض الشركات خدمات الطباعة ثلاثية الأبعاد على الإنترنت لكل من العملاء التجاريين والخاصين ، من خلال التصاميم ثلاثية الأبعاد التي تم تحميلها إلى موقع الشركة على الويب. تصميمات ثلاثية الأبعاد يتم شحنها إما إلى العميل أو يتم شحنها من مزود الخدمة.

التخصيص الشامل
لقد أنشأت الشركات خدمات حيث يمكن للمستهلكين تخصيص الكائنات باستخدام برنامج تخصيص مبسط يستند إلى الويب ، وطلب العناصر الناتجة ككائنات فريدة مطبوعة ثلاثية الأبعاد. يتيح هذا الآن للمستهلكين إنشاء حالات مخصصة لهواتفهم المحمولة. أصدرت شركة نوكيا التصاميم ثلاثية الأبعاد لحالتها بحيث يمكن للمالكين تخصيص حالتهم الخاصة وطبعها بثلاثة أبعاد.

التصنيع السريع
وقد أدخلت التطورات في تكنولوجيا RP المواد المناسبة للصناعة النهائية ، والتي بدورها أدخلت إمكانية تصنيع المكونات النهائية بشكل مباشر. إحدى ميزات الطباعة ثلاثية الأبعاد للتصنيع السريع تكمن في الإنتاج غير المكلفة نسبياً لأعداد صغيرة من الأجزاء.

التصنيع السريع هو طريقة جديدة للتصنيع ولا يزال العديد من عملياته غير مثبتة. تدخل الطباعة ثلاثية الأبعاد الآن مجال التصنيع السريع وقد تم تحديدها على أنها تقنية “المستوى التالي” من قبل العديد من الخبراء في تقرير عام 2009. واحدة من أكثر العمليات الواعدة يبدو أن التكيف مع تلبيد الليزر الانتقائي (SLS) ، أو تلبيد المعادن بالليزر المباشر (DMLS) بعض طرق النماذج الأولية السريعة. ومع ذلك ، حتى عام 2006 ، كانت هذه التقنيات لا تزال في مهدها ، مع وجود العديد من العوائق التي يجب التغلب عليها قبل اعتبار RM طريقة تصنيع واقعية.

كانت هناك دعاوى براءات الاختراع بشأن الطباعة ثلاثية الأبعاد للتصنيع.

النماذج الأولية السريعة
طابعات 3D الصناعية موجودة منذ أوائل الثمانينيات وقد استخدمت على نطاق واسع لأغراض النماذج الأولية السريعة والأبحاث. وهي عادةً آلات أكبر تستخدم معادن مسككة ، أو وسائط صب (مثل الرمل) ، أو بلاستيك ، أو ورق ، أو خراطيش ، وتستخدم في النماذج الأولية السريعة من قبل الجامعات والشركات التجارية.

ابحاث
يمكن للطباعة ثلاثية الأبعاد أن تكون مفيدة بشكل خاص في مختبرات الأبحاث نظرًا لقدرتها على إنشاء أشكال هندسية متخصصة حسب الطلب. في عام 2012 ، أثبت مشروع إثبات المبدأ في جامعة غلاسكو بالمملكة المتحدة أنه من الممكن استخدام تقنيات الطباعة ثلاثية الأبعاد للمساعدة في إنتاج المركبات الكيميائية. طبعوا أوعية التفاعل الكيميائي لأول مرة ، ثم استخدموا الطابعة لإيداع المواد المتفاعلة فيها. لقد أنتجوا مركبات جديدة للتحقق من صحة العملية ، لكنهم لم يتابعوا أي شيء مع تطبيق معين.

عادة ، يتم استخدام عملية FDM لطباعة أوعية تفاعل مجوفة أو microreactors. إذا تم تنفيذ الطباعة ثلاثية الأبعاد داخل جو غاز خامل ، فيمكن ملء أوعية التفاعل بمواد شديدة التفاعل أثناء الطباعة. الأجسام ثلاثية الأبعاد المطبوعة مطبوعة في الهواء والماء لعدة أسابيع. من خلال طباعة أوعية التفاعل في هندسة القفزات أو أنابيب القياس ، يمكن إجراء القياسات التحليلية الروتينية مثل الأشعة فوق البنفسجية / VIS- و IR- و NMR-Spectroscopy مباشرة في السفينة المطبوعة ثلاثية الأبعاد.

بالإضافة إلى ذلك ، تم استخدام الطباعة ثلاثية الأبعاد في مختبرات الأبحاث كطريقة بديلة لتصنيع مكونات للاستخدام في التجارب ، مثل التدريع المغناطيسي ومكونات الفراغ مع أداء واضح مقارنة بالأجزاء المنتجة تقليديًا.

طعام
يتم تطوير التصنيع الإضافي للأغذية عن طريق الضغط على الطعام ، طبقة طبقة ، إلى كائنات ثلاثية الأبعاد. وهناك مجموعة كبيرة ومتنوعة من الأطعمة المرشحة المناسبة ، مثل الشوكولاته والحلوى ، والأطعمة المسطحة مثل البسكويت والباستا والبيتزا. نظرت ناسا في تنوع المفهوم ، ومنحت عقدًا لاستشارات أبحاث النظم والمواد لدراسة جدوى طباعة الطعام في الفضاء. واحدة من المشاكل مع الطباعة الغذائية هي طبيعة نسيج الطعام. على سبيل المثال ، الأطعمة التي ليست قوية بما يكفي لتقديمها غير مناسبة للطباعة ثلاثية الأبعاد.

الأدوات رشيقة
الأدوات الرشيقة هي عملية استخدام وسائل معيارية لتصميم الأدوات التي تنتج عن طريق التصنيع الإضافي أو طرق الطباعة ثلاثية الأبعاد لتمكين النماذج الأولية السريعة والاستجابات لاحتياجات الأدوات والتجهيزات. تستخدم الأدوات الرشيقة طريقة فعالة من حيث التكلفة وعالية الجودة للاستجابة بسرعة لاحتياجات العملاء والسوق. ويمكن استخدامه في التشكيل المائي ، وختم ، حقن صب وغيرها من عمليات التصنيع.

التطبيقات الطبية
الاستخدامات الجراحية للعلاجات ثلاثية الأبعاد التي تتمحور حول الطباع لها بداية تاريخية في أواسط تسعينيات القرن العشرين مع النمذجة التشريحية لتخطيط الجراحة الترميمية العظمية. من خلال ممارسة نموذج عن طريق اللمس قبل الجراحة ، كان الجراحون أكثر استعدادًا وحصل المرضى على رعاية أفضل. كانت الغرسات المطابقة للمريض امتدادًا طبيعيًا لهذا العمل ، مما أدى إلى غرسات شخصية حقيقية تناسب شخصًا فريدًا. تم تطبيق التخطيط الظاهري للجراحة والإرشادات باستخدام أدوات ثلاثية الأبعاد مطبوعة ومخصصة في العديد من مناطق الجراحة بما في ذلك استبدال المفاصل الكلي وإعادة بناء الأجسام القحفية بنجاح كبير. أدت الدراسة الإضافية لاستخدام نماذج تخطيط القلب وجراحة الأعضاء الصلبة إلى زيادة الاستخدام في هذه المجالات. أصبحت الطباعة ثلاثية الأبعاد المستندة إلى المستشفى موضع اهتمام كبير وتتابع العديد من المؤسسات إضافة هذا التخصص داخل أقسام الأشعة الفردية. يتم استخدام هذه التقنية لإنشاء أجهزة فريدة مطابقة للمرضى لأمراض نادرة. مثال واحد على ذلك هو جبيرة تربوية قابلة للاحتراق لمعالجة الأطفال حديثي الولادة مع tracheobronchomalacia المتقدمة في جامعة ميتشيغان. كما بدأت العديد من الشركات المصنعة للأجهزة باستخدام الطباعة ثلاثية الأبعاد للأدلة الجراحية المطابقة للمريض (البوليمرات). كما أن استخدام التصنيع الإضافي للإنتاج المتسلسل لزرع العظام (المعادن) يزداد أيضًا بسبب القدرة على إنشاء هياكل سطح مسامية بشكل فعال والتي تسهل عملية الاندماج. يمكن أن تكون القوالب المطبوعة للعظام المكسورة مخصصة ومفتوحة ، مما يجعل مرتديها يخدش أي حكة ، ويغسل ويهوية المنطقة المتضررة. ويمكن أيضا إعادة تدويرها.

استُخدم تصنيع الفتيل المصهور (FFF) لإنشاء هياكل مجهرية ذات هندسة داخلية ثلاثية الأبعاد. ليست هناك حاجة للهياكل القربانية أو مواد الدعم الإضافية. يمكن أن يكون للبنية باستخدام حمض polylactic (PLA) مسامية قابلة للتحكم بالكامل في المدى 20٪ -60٪. يمكن استخدام هذه السقالات كقوالب طبية حيوية لزراعة الخلايا ، أو غرسات قابلة للتحلل البيولوجي للهندسة النسيجية.

تم استخدام الطباعة ثلاثية الأبعاد لطباعة زرع المريض وجهاز خاص للاستخدام الطبي. تشمل العمليات الناجحة حوضًا مصنوعًا من التيتانيوم مزروعًا في مريض بريطاني ، وفك تيتانيوم أقل يتم نقله إلى مريض هولندي ، وقطعة من القصبة الهوائية البلاستيكية لطفل رضيع أمريكي. من المتوقع أن تكون صناعة السمع وطب الأسنان من أكبر مجالات التطوير المستقبلية باستخدام تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد المخصصة. في مارس 2014 ، استخدم الجراحون في سوانسي أجزاء مطبوعة ثلاثية الأبعاد لإعادة بناء وجه سائق دراجة نارية أصيب بجروح خطيرة في حادث سير. كما يجري البحث عن طرق لبدائل الطباعة البيولوجية للنسيج المفقود بسبب التهاب المفاصل والسرطان.

يمكن الآن استخدام تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد لعمل نسخ متماثلة دقيقة للأعضاء. تستخدم الطابعة صورًا من صور MRI للمرضى أو التصوير المقطعي المحوسب كقالب وتضع طبقات من المطاط أو البلاستيك.

بيو الطباعة
في عام 2006 ، نشر باحثون في جامعة كورنيل بعض الأعمال الرائدة في الطباعة ثلاثية الأبعاد لتصنيع الأنسجة ، وقاموا بطباعة الأحبار الحيوية هيدروجيل بنجاح. تم توسيع العمل في كورنيل باستخدام متخصصين بيولوجيين متخصصين من إنتاج شركة Serap Robotics، Inc. ، وهي مؤسسة جامعية ، مما ساعد على تحفيز الاهتمام العالمي بأبحاث الطباعة ثلاثية الأبعاد الطبية الحيوية.

تم اعتبار الطباعة ثلاثية الأبعاد كطريقة لزرع الخلايا الجذعية القادرة على توليد أنسجة وأعضاء جديدة في البشر الأحياء. مع قدرتها على التحول إلى أي نوع آخر من الخلايا في جسم الإنسان ، تقدم الخلايا الجذعية إمكانات هائلة في الطباعة الحيوية ثلاثية الأبعاد. اقترح البروفيسور لوروي كرونين من جامعة جلاسكو في TED Talk عام 2012 أنه كان من الممكن استخدام الأحبار الكيميائية لطبع الدواء.

اعتبارا من عام 2012 ، تم دراسة تقنية الطباعة الحيوية ثلاثية الأبعاد من قبل شركات التكنولوجيا الحيوية والأوساط الأكاديمية للاستخدام المحتمل في تطبيقات هندسة الأنسجة التي يتم فيها بناء الأعضاء وأجزاء الجسم باستخدام تقنيات نفث الحبر. في هذه العملية ، ترسب طبقات من الخلايا الحية على وسط جل أو مصفوفة سكر وبنت ببطء لتشكيل بنى ثلاثية الأبعاد بما في ذلك النظم الوعائية. تم تسليم أول نظام إنتاج للطباعة ثلاثية الأبعاد للنسيج في عام 2009 ، بناءً على تقنية نوفوبجين للتكنولوجيا الحيوية. استخدمت عدة مصطلحات للإشارة إلى هذا المجال البحثي: طباعة الأعضاء ، والطباعة الحيوية ، وطباعة جزء الجسم ، وهندسة الأنسجة بمساعدة الكمبيوتر ، وغيرها. ويجري أيضا استكشاف إمكانية استخدام طباعة الأنسجة ثلاثية الأبعاد لإنشاء هندسة الأنسجة الرخوة للجراحة الترميمية.

في عام 2013 ، بدأ العلماء الصينيون في طبع الأذنين والكبد والكلى ، مع الأنسجة الحية. تمكن الباحثون في الصين من طباعة الأعضاء البشرية بنجاح باستخدام طابعات بيولوجية ثلاثية الأبعاد متخصصة تستخدم الخلايا الحية بدلاً من البلاستيك. قام باحثون في جامعة هانغتشو ديانزي بتصميم “طابعة ثلاثية الأبعاد” تسمى “ريجينوفو”. قال شو مينغن ، مطور شركة ريجينوفو ، إنه يمكنه إنتاج عينة مصغرة من أنسجة الكبد أو غضروف الأذن في أقل من ساعة ، متوقعًا أن تستغرق الأجهزة المطبوعة بشكل كامل 10 إلى 20 عامًا لتطويرها.

أجهزة طبية
في 24 تشرين الأول / أكتوبر 2014 ، أصبحت فتاة في الخامسة من عمرها ولدت بدون أصابع مكتملة التشكيل في يدها اليسرى أول طفل في المملكة المتحدة تمتلك يدًا اصطناعية مصنوعة بتقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد. تم تصميم يدها من قبل شركة N-NABLE الأمريكية ، وهي منظمة تصميم مفتوحة المصدر تستخدم شبكة من المتطوعين لتصميم وصنع الأطراف الصناعية للأطفال. اعتمدت اليد الاصطناعية على قالب جبس مصنوع من قبل والديها. ولد صبي يدعى أليكس أيضا مع ذراع مفقودة من فوق الكوع. تمكن الفريق من استخدام الطباعة ثلاثية الأبعاد لتحميل ذراع e-NABLE Myoelectric والذى يتم تشغيله من الماكينات والبطاريات التى يتم تشغيلها بواسطة العضلات الكهرومغناطيسية. مع استخدام الطابعات ثلاثية الأبعاد ، قام e-NABLE حتى الآن بتوزيع آلاف الأيدي البلاستيكية على الأطفال.

استخدمت الأطراف الصناعية المطبوعة في إعادة تأهيل الحيوانات المصابة بالشلل. في عام 2013 ، سمحت القدم المطبوعة ثلاثية الأبعاد بمشي من البطة مرة أخرى. في عام 2014 ، تم تجهيز الشيواوا المولود بدون أرجل أمامية بعصا وعجلات تم إنشاؤها باستخدام طابعة ثلاثية الأبعاد. 3D قذائف سلطعون الناسك المطبوع السماح للسرطانات الناسك تسكن في المنزل نمط جديد. كان منقار آخر أداة أخرى طورها استخدام الطباعة ثلاثية الأبعاد للمساعدة في نسر أصلع اسمه “بيوتي” ، والذي تم تشويه منقاره بشدة من طلقة في الوجه. منذ عام 2014 ، تم استخدام يزرع الركبة التيتانيوم المتاحة تجاريا المصنوعة مع طابعة 3D للكلاب لاستعادة حركة الحيوانات. تم علاج أكثر من 10000 كلب في أوروبا والولايات المتحدة بعد عام واحد فقط.

في فبراير 2015 ، وافقت إدارة الغذاء والدواء الأمريكية FDA على تسويق مسامير جراحية تسهل عملية جراحية القدم الأقل اجتثاثًا وتزيل الحاجة إلى الحفر عبر العظام. تمت الموافقة على جهاز التيتانيوم ثلاثي الأبعاد المطبوع ، “FastForward Bone Tether Plate” في جراحة التصحيح لمعالجة الورم. في أكتوبر 2015 ، قامت مجموعة البروفسور أندرياس هيرمان في جامعة جرونينجن بتطوير أول راتنجات ثلاثية الأبعاد قابلة للطباعة مع خصائص مضادة للميكروبات. باستخدام عمليات الطباعة الحجرية ، يتم دمج مجموعات الأمونيوم الرباعية في أجهزة طب الأسنان التي تقتل البكتيريا عند الاتصال. يمكن تطبيق هذا النوع من المواد في الأجهزة الطبية والغرسات.

استخدمت الطباعة ثلاثية الأبعاد لإنتاج مناقير اصطناعية للنسور ، أوزة برازيلية تدعى فيكتوريا ، وطوقان كوستاريكي يدعى جريسيا.

حبوب الدواء
تمت الموافقة على الحبة الأولى المصنعة بالطباعة ثلاثية الأبعاد من قبل إدارة الأغذية والأدوية FDA في أغسطس 2015. تسمح مادة Binder-jetting إلى مسحوق مسحوق الدواء بإنتاج أقراص مسامية للغاية ، مما يتيح جرعات عالية من الأدوية في حبة واحدة تتحلل بسرعة ويمكن تناولها بسهولة. وقد ثبت هذا ل Spritam ، إعادة صياغة levetiracetam لعلاج الصرع.

تطبيقات صناعية

ملابس

inBloom 3D طباعة الزي
دخلت الطباعة ثلاثية الأبعاد عالم الملابس مع مصممي الأزياء الذين يجرون تجارب على البيكينيات والأحذية والفساتين ثلاثية الأبعاد. في الإنتاج التجاري ، استخدمت نايكي 3D الطباعة لنموذج وتصنيع حذاء كرة القدم Vapor Laser Talon لعام 2012 للاعبي كرة القدم الأمريكية ، ونيو بالانس هو تصنيع ثلاثي الأبعاد مخصص للرياضيين.

لقد وصلت الطباعة ثلاثية الأبعاد إلى درجة تقوم فيها الشركات بطباعة نظارات مستهلكة مع تصميم مخصص حسب الطلب والتصميم (على الرغم من أنها لا تستطيع طباعة العدسات). التخصيص حسب الطلب من النظارات هو ممكن مع النماذج الأولية السريعة.

ومع ذلك ، فقد تم التعليق في الأوساط الأكاديمية فيما يتعلق بالحدود المحتملة للقبول البشري لمثل هذه المواد المخصصة للملابس بسبب التخفيض المحتمل لاتصالات قيمة العلامة التجارية.

في عالم الأزياء الراقية ، مثل تصميم Karl Lagerfeld لتصميم Chanel ، قام Iris van Herpen و Noa Raviv بالعمل مع التكنولوجيا من Stratasys ، وقد استخدموا عرضًا وطباعة ثلاثية الأبعاد في مجموعاتهم. تم عرض مختارات من خطوط theie وغيرها من العمل مع الطباعة ثلاثية الأبعاد في 2016 متحف متروبوليتان للفنون آنا وينتور زي ، معرض “مانوس اكس ماشينا”.

الفن الصناعي والمجوهرات
تستخدم الطباعة ثلاثية الأبعاد لتصنيع قوالب لصنع المجوهرات ، وحتى المجوهرات نفسها. أصبحت الطباعة ثلاثية الأبعاد شائعة في صناعة الهدايا القابلة للتخصيص ، مع منتجات مثل نماذج مخصصة للفن والدمى ، بأشكال متعددة: في المعدن أو البلاستيك ، أو كفن مستهلك ، مثل الشيكولاتة المطبوعة ثلاثية الأبعاد.

صناعة السيارات
في أوائل عام 2014 ، أعلنت الشركة السويدية لتصنيع السيارات الفخمة Koenigsegg عن One: 1 ، وهي سيارة فائقة السرعة تستخدم العديد من المكونات التي تم طباعتها ثلاثية الأبعاد. في السيارات المحدودة التي تنتجها شركة Koenigsegg ، يحتوي الموديل One: 1 على مرآة داخلية ، وممرات هواء ، ومكونات عادم من التيتانيوم ، ومجموعة كاملة من الشاحن التوربيني التي تم طباعتها كجزء من عملية التصنيع.

Urbee هو اسم السيارة الأولى في العالم التي تم تركيبها باستخدام تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد (تم طباعة هيكل السيارة ونوافذ السيارة). أنشئت في عام 2010 من خلال الشراكة بين المجموعة الهندسية الأمريكية كور Ecologic وشركة Stratasys (الشركة المصنعة للطابعات Stratasys 3D) ، وهي سيارة هجينة ذات مظهر مستقبلي.

في عام 2014 ، طرحت شركة Local Motors لأول مرة Strati ، وهي سيارة تعمل بالكامل كانت مطبوعة 3D باستخدام بلاستيك ABS وألياف الكربون ، باستثناء مجموعة الحركة. في عام 2015 ، أنتجت الشركة تكرارًا آخر يُعرف باسم LM3D Swim وكان 80 بالمائة من المطبوعات ثلاثية الأبعاد. في عام 2016 ، استخدمت الشركة الطباعة ثلاثية الأبعاد في إنشاء قطع غيار السيارات ، مثل تلك المستخدمة في Olli ، وهي مركبة ذاتية القيادة طورتها الشركة.

في مايو 2015 ، أعلنت شركة إيرباص أن إيرباص A350 XWB الجديدة تضم أكثر من 1000 عنصر تم تصنيعها بواسطة الطباعة ثلاثية الأبعاد.

كما تستخدم القوات الجوية الطباعة ثلاثية الأبعاد لطباعة قطع الغيار للطائرات. في عام 2015 ، طارت طائرة تابعة للقوات الجوية الملكية “يوروفايتر تايفون” بطائرات مطبوعة. بدأت القوات الجوية الأمريكية العمل مع الطابعات ثلاثية الأبعاد ، كما اشترت القوات الجوية الإسرائيلية طابعة ثلاثية الأبعاد لطباعة قطع الغيار.

اعمال بناء
ازداد استخدام الطباعة ثلاثية الأبعاد لإنتاج نماذج مصغرة ضمن الهندسة المعمارية والبناء بشكل مطرد في ظل انخفاض تكلفة الطابعات ثلاثية الأبعاد. وقد مكّن ذلك من التحول السريع لمثل هذا النوع من النماذج وسمح بزيادة مطردة في سرعة الإنتاج وتعقيد الكائنات التي يتم إنتاجها.

تم تطوير الطباعة ثلاثية الأبعاد ، وتطبيق الطباعة ثلاثية الأبعاد لتصنيع مكونات البناء أو المباني بأكملها منذ منتصف التسعينيات ، وتطور تطوير التقنيات الجديدة بشكل مطرد منذ عام 2012 وبدأ القطاع الفرعي للطباعة ثلاثية الأبعاد ينضج. انظر المقال الرئيسي.

الأسلحة النارية
في عام 2012 ، كشفت مجموعة الدفاع الموزعة ومقرها الولايات المتحدة عن خطط “لتصميم مسدس بلاستيكي يعمل يمكن تحميله وإعادة إنتاجه من قبل أي شخص لديه طابعة ثلاثية الأبعاد.” وقد صممت شركة ديفيند ديستيدت أيضًا جهاز استقبال ثلاثي الأبعاد من نوع AR-15 قابل للطباعة ببندويز قابل للطباعة 3D (قادر على تحمل أكثر من 650 طلقة) ومجلة M16 من 30 جولة. يحتوي AR-15 على أجهزة استقبال متعددة (كلا المستقبلين العلوي والسفلي) ، ولكن الجزء المسيطر عليه قانونيًا هو الجزء المتسلسل (الجزء السفلي ، في حالة AR-15). بعد فترة وجيزة من نجاح Defense Distributed في تصميم أول مخطط عام لإنتاج بندقية بلاستيكية باستخدام طابعة ثلاثية الأبعاد في مايو 2013 ، طلبت وزارة الخارجية الأمريكية إزالة التعليمات من موقعها على الويب. بعد نشر Defador Defense خططهم ، أثيرت أسئلة حول الآثار التي قد تكون لها الطباعة ثلاثية الأبعاد ومستوى التصنيع CNC على مستوى المستهلك على فعالية التحكم في البندقية.

في عام 2014 ، أصبح رجل من اليابان أول شخص في العالم يُسجن بسبب قيامه بصنع أسلحة ثلاثية الأبعاد مطبوعة. نشر يوشيتومو إيمورا مقاطع فيديو ومخططات المدفعية على الإنترنت وحكم عليه بالسجن لمدة عامين. عثرت الشرطة على مسدسين على الأقل في منزله كانا قادرين على إطلاق الرصاص.

أجهزة الكمبيوتر والروبوتات
يمكن أيضًا استخدام الطباعة ثلاثية الأبعاد لعمل أجهزة الكمبيوتر المحمولة وأجهزة الكمبيوتر والحالات الأخرى. على سبيل المثال ، حالات الكمبيوتر المحمول القياسية Novena و VIA OpenBook. يمكن شراء أي لوحة أم نوفينا واستخدامها في حقيبة VIA OpenBook المطبوعة.

أجهزة الاستشعار الناعمة والمحركات
وقد وجدت الطباعة ثلاثية الأبعاد مكانها في أجهزة الاستشعار الناعمة وتصنيع المحركات المستوحاة من مفهوم الطباعة 4D. يتم تصنيع معظم أجهزة الاستشعار والمشغلات اللينة التقليدية باستخدام عمليات الإنتاجية المنخفضة متعددة الاتجاهات التي تتطلب التصنيع اليدوي والمعالجة اللاحقة / التجميع والتكرار المطول مع مرونة أقل في التخصيص وإعادة إنتاج المنتجات النهائية. لقد كانت الطباعة ثلاثية الأبعاد عبارة عن مغير للعبة في هذه الحقول مع تقديم الخصائص الهندسية والوظيفية والتحكمية المخصصة لتجنب الجوانب الشاقة والمستهلكة للوقت لعمليات التصنيع السابقة.

الفراغ
تم إنشاء طابعة Zero-G ، وهي أول طابعة ثلاثية الأبعاد مصممة للعمل بدون ثقل ، في إطار شراكة مشتركة بين مركز ناسا مارشال لرحلات الفضاء (MSFC) و Made In Space، Inc. في سبتمبر 2014 ، قامت SpaceX بتسليم 3D الجاذبية الطابعة إلى محطة الفضاء الدولية (ISS). في 19 ديسمبر 2014 ، بعثت NASA برسومات CAD برسالة إلكترونية لمفتاح مأخذ توصيل لرواد الفضاء على متن محطة الفضاء الدولية ، والذين قاموا بعد ذلك بطباعة الأداة باستخدام الطابعة ثلاثية الأبعاد الخاصة بهم. تقدم التطبيقات الخاصة بالفضاء القدرة على طباعة أجزاء أو أدوات في الموقع ، بدلاً من استخدام الصواريخ لجلب المواد المصنعة مسبقًا للمهام الفضائية إلى المستعمرات البشرية على القمر أو المريخ أو أي مكان آخر. تم تصميم الطابعة ثلاثية الأبعاد ثلاثية الأبعاد في الفضاء ، وهي الطابعة ثلاثية الأبعاد المحمولة المحمولة على متنها التابعة لوكالة الفضاء الأوروبية (POP3D) ليتم تسليمها إلى محطة الفضاء الدولية قبل يونيو 2015. في عام 2016 ، أفادت شركة Digital Trends أن شركة BeeHex تقوم ببناء طابعة ثلاثية الأبعاد للطعام البعثات إلى المريخ.

سيتم تمهيد معظم البناء المخطط على الكويكبات أو الكواكب بطريقة أو بأخرى باستخدام المواد المتاحة على تلك الأشياء. غالبًا ما تكون الطباعة ثلاثية الأبعاد واحدة من الخطوات في هذا التمهيد. مشروع Sinterhab هو البحث عن قاعدة القمر التي شيدت بالطباعة ثلاثية الأبعاد باستخدام Regolith القمري كمادة أساسية. بدلاً من إضافة عامل ربط إلى Regolith ، يقوم الباحثون بتجربة تلبد الميكروويف لإنشاء كتل صلبة من المواد الخام.

وقد تم التحقيق في مثل هذه المشاريع لبناء موائل من الأرض.

التطبيقات الاجتماعية والثقافية
في عام 2005 ، تم تأسيس سوق هواة سريع التوسع والاستخدام المنزلي مع افتتاح مشروعي RepRap و Fab @ Home المفتوحين. جميع الطابعات ثلاثية الأبعاد للاستخدام المنزلي التي تم إصدارها حتى الآن لها جذورها الفنية في مشروع RepRap المستمر ومبادرات البرامج مفتوحة المصدر المرتبطة بها. في التصنيع الموزع ، وجدت إحدى الدراسات أن الطباعة ثلاثية الأبعاد يمكن أن تصبح منتجًا في السوق الشامل ، مما يمكن المستهلكين من توفير الأموال المرتبطة بشراء الأشياء المنزلية الشائعة. على سبيل المثال ، بدلاً من الذهاب إلى متجر لشراء كائن مصنوع في مصنع عن طريق الحقن (مثل كوب قياس أو قمع) ، قد يقوم الشخص بطبعه في المنزل من نموذج ثلاثي الأبعاد تم تنزيله.

الفن والحلي
في عام 2005 ، بدأت المجلات الأكاديمية بالإبلاغ عن التطبيقات الفنية الممكنة لتقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد ، والتي يستخدمها فنانون مثل مارتن جون كالانان في مدرسة بارتليت للهندسة المعمارية. بحلول عام 2007 ، تابعت وسائل الإعلام مقالاً في جريدة وول ستريت جورنال ومجلة تايم ، وسجلت تصميماً مطبوعاً ضمن أكثر 100 تصميماً مؤثراً لهذا العام. خلال مهرجان لندن للتصميم لعام 2011 ، أقيم في متحف فيكتوريا وألبرت (V & A) ، الذي قام بتنسيقه موراي موس ويركز على الطباعة ثلاثية الأبعاد. كان يسمى التثبيت الصناعي الثورة 2.0: كيف العالم المادي سوف تتحقق حديثا.

في معرض 3DPrintshow في لندن ، الذي عقد في نوفمبر 2013 و 2014 ، كانت الأقسام الفنية مصنعة من البلاستيك والمعدن ثلاثي الأبعاد. أظهر العديد من الفنانين مثل جوشوا هاركر ، ودافيديت برتي ، وصوفي كاهن ، وهيلنا لوكاسوفا ، وفوتيني سيتاكي كيف يمكن للطباعة ثلاثية الأبعاد أن تعدّل العمليات الفنية والجمالية. في عام 2015 ، أنشأ المهندسون والمصممين في مجموعة MIT Mediated Matter Group و Glass Lab طابعة ثلاثية الأبعاد مضافة تطبع بالزجاج تسمى G3DP. النتائج يمكن أن تكون هيكلية وكذلك فنية. تعتبر الأوعية الزجاجية الشفافة المطبوعة عليها جزءًا من بعض مجموعات المتحف.

يسمح استخدام تقنيات المسح الضوئي ثلاثي الأبعاد بتكرار الأشياء الحقيقية دون استخدام تقنيات القولبة التي يمكن في كثير من الحالات أن تكون أكثر تكلفة ، أو أكثر صعوبة ، أو غزوًا لا يمكن القيام به ، خاصة للأعمال الفنية الثمينة أو القطع الأثرية التراثية الدقيقة حيث الاتصال المباشر مع يمكن أن تؤدي مواد القوالب إلى الإضرار بسطح الكائن الأصلي.

صور شخصية ثلاثية الأبعاد
كشك صور ثلاثي الأبعاد مثل Fantasitron الموجود في Madurodam ، الحديقة المصغرة ، يولد نماذج صور ذاتية ثلاثية الأبعاد من صور ثنائية الأبعاد للعملاء. تتم طباعة صور السيلفي هذه غالبًا بواسطة شركات طباعة ثلاثية الأبعاد مخصصة مثل Shapeways. وتعرف هذه النماذج أيضًا باسم الصور ثلاثية الأبعاد أو التماثيل ثلاثية الأبعاد أو التماثيل الصغيرة.

الاتصالات
باستخدام تقنية الطبقات المضافة التي تقدمها الطباعة ثلاثية الأبعاد ، تم إنشاء أجهزة Terahertz التي تعمل كموجهات موجات ومقارنات وانحناءات. لا يمكن أن يتحقق الشكل المعقد لهذه الأجهزة باستخدام تقنيات التصنيع التقليدية. تم استخدام الطابعة ذات الجودة الاحترافية المتاحة تجاريًا EDEN 260V لإنشاء هياكل ذات حجم الحد الأدنى لحجم 100 ميكرومتر. كانت الهياكل المطبوعة في وقت لاحق DC sputter المغلفة مع الذهب (أو أي معدن آخر) لإنشاء جهاز Plasmonic Terahertz. في عام 2016 فنان / عالم جانين كار ابتكرت أول قرع صوتي مطبوع ثلاثي الأبعاد (beatbox) كمشكل موجة ، مع القدرة على تشغيل الموجة الصوتية عن طريق الليزر ، إلى جانب أربعة مشاعر صوتية كانت هذه أيضا قابلة للعب بالليزر.

استخدام محلي
بعض الأمثلة الاستهلاكية المبكرة للطباعة ثلاثية الأبعاد تتضمن 64DD الذي تم إصداره في عام 1999 في اليابان. اعتبارا من عام 2012 ، كان يمارس أساسا الطباعة 3D المحلية من قبل الهواة والمتحمسين. ومع ذلك ، تم استخدام القليل للتطبيقات المنزلية العملية ، على سبيل المثال ، كائنات الزينة. بعض الأمثلة العملية تشمل ساعة العمل والتروس المطبوعة لآلات النجارة المنزلية من بين أغراض أخرى. تميل مواقع الويب المرتبطة بالطباعة ثلاثية الأبعاد للمنزل إلى تضمين backscratchers وخطافات المعطف ومقابض الأبواب وما إلى ذلك.

طور مشروع Fab @ Home مفتوح المصدر طابعات للاستخدام العام. وقد تم استخدامها في بيئات البحث لإنتاج مركبات كيميائية باستخدام تكنولوجيا الطباعة ثلاثية الأبعاد ، بما في ذلك التقنيات الجديدة ، في البداية بدون تطبيق فوري كدليل على المبدأ. يمكن للطابعة الطباعة بأي شيء يمكن الاستغناء عنه من حقنة كسوائل أو معجون. ويتوخى مطورو التطبيق الكيميائي استخداماً صناعياً ومحلياً لهذه التكنولوجيا ، بما في ذلك تمكين المستخدمين في المواقع النائية من إنتاج دواء خاص بهم أو مواد كيميائية منزلية.

تعمل الطباعة ثلاثية الأبعاد الآن على الوصول إلى المنازل ، ويتم تقديم المزيد والمزيد من الأطفال لمفهوم الطباعة ثلاثية الأبعاد في أعمار مبكرة. آفاق الطباعة ثلاثية الأبعاد آخذة في النمو ، ومع ازدياد قدرة الناس على الوصول إلى هذا الابتكار الجديد ، ستظهر استخدامات جديدة في المنازل.

التعليم والبحث
تعد الطباعة ثلاثية الأبعاد ، والطابعات ثلاثية الأبعاد مفتوحة المصدر على وجه الخصوص ، أحدث التقنيات التي تحقق التقدم في الفصل الدراسي. تسمح الطباعة ثلاثية الأبعاد للطلاب بإنشاء نماذج أولية من العناصر دون استخدام أدوات باهظة الثمن مطلوبة في الأساليب المطروحة. يقوم الطلاب بتصميم وإنتاج النماذج الفعلية التي يمكنهم الاحتفاظ بها. تسمح بيئة الفصل الدراسي للطلاب بالتعلم وتوظيف تطبيقات جديدة للطباعة ثلاثية الأبعاد. النسخ الاحتياطي ، على سبيل المثال ، تم استخدامها بالفعل لمنصة الروبوتات المتنقلة التعليمية.

زعم بعض الكتاب أن الطابعات ثلاثية الأبعاد تقدم “ثورة” غير مسبوقة في تعليم العلوم والتكنولوجيا والهندسة والرياضيات. والدليل على مثل هذه الادعاءات يأتي من كل من القدرة المنخفضة التكلفة لنماذج أولية سريعة في الفصول الدراسية من قبل الطلاب ، ولكن أيضا تصنيع معدات علمية ذات جودة عالية منخفضة التكلفة من تصاميم الأجهزة المفتوحة التي تشكل مختبرات مفتوحة المصدر. يتم استكشاف الهندسة والتصميم المبادئ وكذلك التخطيط المعماري. يقوم الطلاب بإعادة إنشاء نسخ طبق الأصل من عناصر المتحف مثل الأحافير والتحف التاريخية للدراسة في الفصل الدراسي دون أن يكون ذلك ضارًا بالمجموعات الحساسة. يمكن للطلاب الآخرين المهتمين بتصميم الجرافيك بناء نماذج مع أجزاء العمل المعقدة بسهولة. تعطي الطباعة ثلاثية الأبعاد الطلاب منظورًا جديدًا باستخدام الخرائط الطبوغرافية. يستطيع طلاب العلوم دراسة المقاطع العرضية للأعضاء الداخلية للجسم البشري والعينات البيولوجية الأخرى. ويستطيع طلاب الكيمياء استكشاف النماذج ثلاثية الأبعاد للجزيئات والعلاقة داخل المركبات الكيميائية.

ووفقًا لورقة صدرت مؤخرًا من Kostakis وزملائه ، فإن الطباعة والتصميم ثلاثي الأبعاد يمكن أن يولّدان محو الأمية المختلفة وقدرات الأطفال الإبداعية وفقًا لروح العالم المترابط القائم على المعلومات.

قد تتضمن التطبيقات المستقبلية للطباعة ثلاثية الأبعاد إنشاء معدات علمية مفتوحة المصدر.

الاستخدام البيئي
في البحرين ، تم استخدام الطباعة ثلاثية الأبعاد على نطاق واسع باستخدام مادة تشبه الحجر الرملي لإنشاء هياكل فريدة من نوعها على شكل مرجان ، والتي تشجع الاورام المرجانية المرجانية لاستعمار وتجديد الشعاب التالفة. هذه الهياكل لها شكل طبيعي أكثر بكثير من الهياكل الأخرى المستخدمة لإنشاء الشعاب الاصطناعية ، وخلافاً للخرسانة ، فهي ليست حمضية ولا قلوية مع درجة حموضة متعادلة.

التراث الثقافي
في السنوات العديدة الماضية ، تم استخدام الطباعة ثلاثية الأبعاد بشكل مكثف في مجال التراث الثقافي لأغراض الحفظ والترميم والنشر. قام العديد من المتاحف الأوروبيين والأمريكيين الشماليين بشراء طابعات ثلاثية الأبعاد وإعادة إنشاء القطع المفقودة من آثارهم.

يعد Scan the World أكبر أرشيف لأهداف ثلاثية الأبعاد ذات أهمية ثقافية من جميع أنحاء العالم. تم تحسين كل كائن ، نشأ من بيانات المسح الضوئي ثلاثي الأبعاد المقدمة من مجتمعهم ، للطباعة ثلاثية الأبعاد وحرية التنزيل على MyMiniFactory. من خلال العمل جنبا إلى جنب مع المتاحف ، مثل متحف فيكتوريا وألبرت وجامعي التحف الخاصة ، تعمل المبادرة كمنصة لدمقرطة الكائن الفني.

بدأ متحف متروبوليتان للفنون والمتحف البريطاني باستخدام طابعات ثلاثية الأبعاد لإنشاء تذكارات متحفية متوفرة في متاجر المتاحف.وقد ذهبت المتاحف الأخرى ، مثل المتحف الوطني للتاريخ العسكري ومتحف فارنا التاريخي ، إلى أبعد من ذلك وبيعت من خلال المنصة الرقمية Threeding لنماذجها الرقمية ، التي تم إنشاؤها باستخدام الماسحات الضوئية ثلاثية الأبعاد Artec ، في تنسيق ملف صديق للطباعة ثلاثية الأبعاد ، يمكن للجميع الطباعة ثلاثية الأبعاد في الصفحة الرئيسية.

المواد التخصصية
نتج عن الطباعة ثلاثية الأبعاد للمستهلكين على سبيل المثال ، تم تطوير مواد خيوط لتقليد الخشب في مظهره بالإضافة إلى نسيجه. تكون على ذلك ، فإن النسبة المئوية في مواد بلاستيكية قابلة للطباعة ، أعجز. إضافات إلى المواد الهيكلية الجديدة التي تم تطويرها بسبب الطباعة ثلاثية الأبعاد ، سمحت التقنيات الجديدة بتطبيق أنماط مباشرة على المنتج مطبوعة ثلاثية الأبعاد. تم استخدام مسحوق الأسمنت البورتلاندي الخالي من أكسيد الحديد في تصميم معماري يصل ارتفاعه إلى 9 أقدام.