تتضمن الطباعة ثلاثية الأبعاد على نطاق واسع مجموعة متنوعة من التقنيات والمواد ، وقد تم تطبيقها في العديد من المجالات. في الواقع ، تعريف "كبير" نسبي ، ولا يوجد معيار ثابت. بشكل عام ، المنازل والقوارب والأثاث الكبير كلها أشياء كبيرة. أصبحت الطباعة ثلاثية الأبعاد على نطاق واسع سائدة في السوق بشكل تدريجي حيث يختار المصنعون والفنانين والشركات الطباعة ثلاثية الأبعاد لتلبية احتياجات المنتجات على نطاق واسع. يخترق المطورون حجم الطابعات ثلاثية الأبعاد خطوة بخطوة ، ويخترقون الحدود الفنية ، ويطبعون المزيد والمزيد من المنتجات الأكبر حجمًا. إذن ما هي مجالات تطبيق الطباعة ثلاثية الأبعاد على نطاق واسع؟ ماذا عن الطابعات ثلاثية الأبعاد الكبيرة؟
غالبًا ما يعتمد حجم المنتج على التكنولوجيا والمواد ، ومن الضروري إيجاد توازن بين الدقة والحجم ، مما يجعل اختيار الطابعة ثلاثية الأبعاد المناسبة عاملًا رئيسيًا للنجاح. تلعب البرامج أيضًا دورًا مهمًا في إنشاء منتجات كبيرة ، حيث أن أفضل طريقة لطباعة العناصر الكبيرة هي غالبًا طباعتها على شكل قطع وتجميعها. تشمل المنتجات المطبوعة ثلاثية الأبعاد الكبيرة الحجم على سبيل المثال لا الحصر العناصر التالية:
● العروض والدعائم واللافتات
● منازل وعناصر معمارية
● الأجزاء الصناعية والمعدنية
● الأثاث والمركبات
△ يحتوي مركز Naturalis للتنوع البيولوجي في هولندا على مختبر طباعة ثلاثي الأبعاد خاص به واستخدم طابعتان من طراز Builder Extreme 1500 Pro 3D لعمل نسخة طبق الأصل من Tyrannosaurus rex
● متحف الديناصورات بدون الديناصور ريكس بالتأكيد ليس متحفًا حقيقيًا! استنادًا إلى مسح ثلاثي الأبعاد لأحفورة حقيقية لـ T. rex ، قام متحف الديناصورات الياباني ثلاثي الأبعاد بطباعة نسخة طبق الأصل بطول 12- متر 5- بطول متر كجزء كبير مطبوع باستخدام اثنين من Builder Extreme على نطاق واسع طابعات ثلاثية الأبعاد باستخدام فتيل بلاستيكي PLA.
● يختار أمناء المتاحف ومصممي مجموعات الأفلام والدعائم والمتنزهات الترفيهية ومصنعي شاشات عرض المؤتمرات والمعرض العالمي وما إلى ذلك طابعات ثلاثية الأبعاد كبيرة الحجم لتسريع الإنتاج. بالإضافة إلى مزايا السرعة والتكلفة ، يلعب برنامج التصميم بمساعدة الكمبيوتر (CAD) أيضًا دورًا كبيرًا ، حيث لم يعد بحاجة إلى أي منحوتات اصطناعية أو إنشاء ثانوي. بالإضافة إلى ذلك ، تتوفر مجموعة كبيرة ومتنوعة من المواد ، من الإسفنج الخفيف للغاية إلى النايلون المملوء بألياف الكربون شديد التحمل.
△ الفنان يغطي الجص على 17- نسخة طبق الأصل مطبوعة ثلاثية الأبعاد بطول قدم لمايكل أنجلو أعيد تصميمها لمعرض إكسبو 2020 دبي
● تم عرض 17- ديفيد مايكل أنجلو بطبعة ثلاثية الأبعاد بطول قدمين في إكسبو 2020 دبي للترويج للسياحة في فلورنسا. من المستحيل على طابعة بوليمر ثلاثية الأبعاد كبيرة الحجم إنتاج نسخة متماثلة مفردة بتفاصيل فائقة الدقة ، لذلك تم تقسيمها إلى 14 جزءًا قابلًا للطباعة ثم تم تجميعها يدويًا ، مع طلاء خارجي رخامي يدويًا. يوجد داخل اللوحة ثلاثية الأبعاد David هيكل شبكي يساعد في الحفاظ على وزنها عند 550 كجم فقط ، ومع ذلك فهي تتمتع بالقوة للتعبئة والشحن بشكل صحيح.
تستخدم شركة Styles Werbetechnik الألمانية طابعات FDM واسعة النطاق من Tractus3D لإنتاج أحرف إشارة مضيئة أسرع من الطرق التقليدية
● اختارت شركة Styles Werbetechnik ، وهي شركة ألمانية لإنتاج اللافتات ، تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد على نطاق واسع لتصنيع اللافتات الخارجية. لم تكن الشركة ترغب فقط في تسريع الإنتاج ، ولكنها أرادت أيضًا عمل الرسائل داخل الشركة ، بدلاً من الاعتماد على تصميمات الرسائل القياسية من المنتجين الأجانب. تقول الشركة إن استخدام طباعة البوليمر FDM يوفر إمكانيات تصميم غير محدودة لتصنيع الحروف المحددة. على سبيل المثال ، عمق الحروف للافتات المضيئة محدود بحد أدنى 60 مم بالطرق التقليدية ، ولكن يمكن تقليله إلى 30 مم في الطباعة ثلاثية الأبعاد. يمكنهم أيضًا تشغيل الأمسيات وعطلات نهاية الأسبوع ، مما يؤدي إلى تسريع أوقات الإنتاج نظرًا لأن الطابعات ثلاثية الأبعاد لا تحتاج إلى حضورها أثناء العملية.
△ طبع متحف سميثسونيان ثلاثي الأبعاد 120 تمثالًا بالحجم الطبيعي للقيادات النسائية في مجال العلوم والتكنولوجيا والهندسة والرياضيات
في عام 2022 ، افتتحت مؤسسة سميثسونيان في واشنطن العاصمة معرضًا لتكريم العالمات ، بما في ذلك 120 تمثالًا بالحجم الطبيعي مطبوعة ثلاثية الأبعاد. يُطلق عليها "IfThenSheCan - The Exhibit" ، وهي أكبر مجموعة على الإطلاق من التماثيل النسائية ، وقد تمت طباعة كل منها باستخدام تقنية FDM.
منازل وعناصر معمارية
عندما يتعلق الأمر بمشاريع الطباعة ثلاثية الأبعاد واسعة النطاق ، فإن مشاريع الإسكان بالطبع لا غنى عنها. في حين أن عددًا قليلاً من المباني يتم طباعتها ثلاثية الأبعاد حصريًا (غالبًا ما تتطلب أو تتضمن دعامات هيكلية مثل تقوية الصلب أو الهياكل الخشبية التقليدية) ، يمكن أن تخدم الطباعة ثلاثية الأبعاد نظرًا لسرعتها وتوفير العمالة والمتانة الهيكلية. للمنزل والفندق. من المتوقع أن ينمو سوق الطباعة ثلاثية الأبعاد العالمية للإنشاءات بنسبة 20 بالمائة تقريبًا خلال السنوات الخمس المقبلة.
● تم الانتهاء من المبنى المكون من طابقين في الصورة أدناه بالاشتراك مع شركتي التصميم المعماري والهندسة هانا وسيف وبيري 3D للإنشاءات ، والتي وفرت طابعات ثلاثية الأبعاد. تم بيع المنزل الذي تبلغ مساحته 4 أقدام و 000- قدم مربع إلى مزايد مجهول وسيستغرق إكماله ما مجموعه عامين. تُستخدم طابعة Peri Cobod Bod2 العملاقة ، الطابعة الرائدة في هندسة الطباعة ثلاثية الأبعاد ، لبثق خلطات خرسانية متخصصة لإنشاء سلالم وهياكل وظيفية أخرى ، وقد تمت طباعة ما مجموعه 330 ساعة في هذا المشروع.
صورة
يقع أول منزل من طابقين مطبوع بتقنية ثلاثية الأبعاد بالكامل في الولايات المتحدة في هيوستن
● بالإضافة إلى تشييد المباني ، تُستخدم الطابعات ثلاثية الأبعاد على نطاق واسع للعناصر المعمارية ، بما في ذلك الواجهات والمعالم التاريخية للترميم والتصميم الداخلي ، بما في ذلك الجدران وشاشات العرض وفواصل الغرف. توجد أيضًا أرضيات مطبوعة ثلاثية الأبعاد وجسور مطبوعة ثلاثية الأبعاد وشعاب مرجانية اصطناعية مطبوعة ثلاثية الأبعاد. المواد الشبيهة بالخرسانة ليست هي الخيار الوحيد في البناء ، بل تلعب البوليمرات دورًا أيضًا. تتخصص شركة Branch Technology في الطباعة ثلاثية الأبعاد على نطاق واسع باستخدام آلات بثق البوليمر الآلية ، مما يخلق كل شيء من المنحوتات إلى الموائل الفضائية. يفتح نظام ألواح البناء المبتكر الخاص بها المسمى برانشكلاد فرصًا جديدة لبناء الواجهات. ما عليك سوى إلقاء نظرة على سطح القمر المثبت على الجانب التشغيلي لمعسكر الفضاء الجديد التابع لمركز الفضاء والصواريخ بالولايات المتحدة (أدناه). تم إنشاء الواجهات باستخدام عمليات المسح الرقمي للقمر ، وهي تُظهر إخلاصًا مذهلاً لسطح القمر. تمت طباعة القالب الإيجابي للنمط القمري ثلاثي الأبعاد ثم طلاءه بمادة جصية.
صورة
يتم تثبيت جدار القمر المطبوع ثلاثي الأبعاد الجديد من Branch Technology على جانب عملية معسكر الفضاء الجديد التابع لمركز الفضاء والصواريخ بالولايات المتحدة
الأجزاء الصناعية والمعدنية
صورة
طابعة Stargate ثلاثية الأبعاد المعدنية من Relativity Space
● تدعي شركة Relativity Space ، الشركة المصنعة للصواريخ ، أن صاروخها المطبوع ثلاثي الأبعاد Terran 1 هو أكبر هيكل منفرد مطبوع ثلاثي الأبعاد على الإطلاق ، حيث يبلغ ارتفاعه 35.2 مترًا وقطره 2.3 مترًا. صاروخ الجيل التالي للشركة ، Terran R ، كبير بنفس القدر. كلاهما مطبوع ثلاثي الأبعاد على معدن خاص باستخدام طابعة Stargate ثلاثية الأبعاد للشركة ، باستخدام تقنية ترسيب الطاقة الموجهة الروبوتية. قالت شركة Relativity Space إن قدرة الصاروخ على تحمل ضغوط الإطلاق كانت بمثابة فوز كبير ، مما يدل على السلامة الهيكلية لطريقة الطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاد.
صورة
△ افتتحت ملكة هولندا ماكسيما رسمياً جسر الطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاد MX3D.
● تم طباعة الجسر المعدني عبر قناة أمستردام الذي صممه مختبر Joris Laarman بواسطة MX3D باستخدام تقنية تصنيع الإضافات القوسية الروبوتية. يتضمن 12- "الجسر الذكي" المصنوع من الفولاذ المقاوم للصدأ والذي يبلغ طوله مترًا شبكة مستشعر مدمجة لمساعدة الباحثين في أمستردام على دراسة دور أنظمة إنترنت الأشياء في البيئة المبنية. تم تطوير الهيكل باستخدام تقنيات التصميم التوليدي وتحسين الهيكل ، وهو خفيف الوزن للغاية. يعرض جسر MX3D أيضًا تطبيق الطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاد في الفن والنحت.
● يوجد أدناه عمل طباعة MX3D آخر قام بتركيبه الفنانان مارياغرازيا أبالدو وباولو ألبرتيلي في تورين ، الحديقة الملكية الإيطالية. يُظهر التمثال الذي يبلغ وزنه 880 كيلوجرامًا ، والذي أطلق عليه اسم "ممر الحوت" ، زعانف حوت يمر من الأرض. تم طباعة جميع النماذج المصنوعة خلال هذا المشروع ثلاثية الأبعاد.
صورة
"Whale Pass" تم تصميمه بواسطة Mariagrazia Abbaldo و Paolo Albertelli ، وطبع ثلاثي الأبعاد بواسطة MX3D
● يمكن استخدام الطباعة ثلاثية الأبعاد المعدنية الكبيرة في العديد من الصناعات ، حيث تستطيع الشركات العاملة في الصناعات البحرية والنفطية والغازية ومعدات البناء الثقيلة إنتاج أجزاء كبيرة بسرعة أكبر ، وغالبًا في الموقع. على سبيل المثال ، تم طباعة المروحة البحرية أدناه باستخدام تقنية WAAM لإنتاج شكل قريب من الشبكة ، والذي تم تشكيله بعد ذلك لزيادة التفاوتات. في هذه الحالة ، يحل WAAM محل التزوير ويمكن إجراؤه بالقرب من المكان المطلوب ، باستخدام مواد خام أقل.
صورة
△ هذه المروحة البحرية هي واحدة من الأمثلة الأولى للتطبيق الصناعي لتقنية WAAM
● الطباعة ثلاثية الأبعاد للمعدن يمكنها أيضًا أن تقلل من وزن الأجزاء ، لأن الطباعة ثلاثية الأبعاد يمكن أن تنتج أشكالًا لا يمكن تحقيقها بالتزوير أو الصب. يعتبر جزء معدات هبوط الطائرة (أدناه) ، بمقاس 455 × 295 × 805 ملم ، أول جزء مطبوع بتقنية الانصهار ثلاثية الأبعاد لطبقة المسحوق بالليزر في العالم ، وفقًا لشركة تصنيع الطابعات SLM Solutions. لا يعتبر الجزء أخف بنسبة 15 في المائة من الأجزاء المطروقة التقليدية فحسب ، بل تقلل التكنولوجيا أيضًا من وقت الاستجابة. نظرًا لأن المكون جزء من نظام ينقل الأحمال من العجلات إلى هيكل الطائرة ، فهو مصنوع من التيتانيوم من أجل القوة. يمنح اختيار المواد للجزء خصائص ميكانيكية قوية بينما يكون مقاومًا للتآكل دون الحاجة إلى طلاء ، ويتم طباعته باستخدام طابعة رباعية الليزر SLM 800 3 D. "يساعد التصنيع الإضافي في توفير الوقت في مرحلة التأهيل والاعتماد من خلال تسليم الأجزاء بسرعة للاختبار. نحن قادرون على إنتاج المكونات الرئيسية في غضون أيام قليلة ، ويستغرق استخدام عملية الحدادة عدة أشهر."
صورة
△ طباعة ثلاثية الأبعاد لأجزاء معدات الهبوط الأمامية للطائرات الخاصة
تعد الطباعة ثلاثية الأبعاد لقوالب كبيرة لصب الأجزاء المعدنية تطبيقًا مهمًا للطباعة ثلاثية الأبعاد على نطاق واسع. بالنسبة للأجزاء المعدنية الصناعية التي يجب صبها ، فإن خطوة صنع القالب شاقة وتستغرق وقتًا طويلاً. باستخدام طابعات الرمل ثلاثية الأبعاد ، يمكن للمصنعين طباعة القوالب والمسبوكات الرملية ثلاثية الأبعاد مباشرةً دون الحاجة إلى نماذج كاملة الحجم. تعد VX4000 من Voxlejet أكبر طابعة ثلاثية الأبعاد مصبوبة بالرمل في العالم ، وهي تستخدم تقنية النفث الموثق لإنتاج ليس فقط القوالب الضخمة ، ولكن الآلاف منها في عملية طباعة واحدة.
صورة
△ طابعة Voxlejet VX4000 (المصدر: Voxeljet)
الأثاث والمركبات
صورة
كرسي مصنع من قطعة واحدة باستخدام طابعة WASP ثلاثية الأبعاد.
● يختار المصممون الداخليون أيضًا بشكل تدريجي الطباعة ثلاثية الأبعاد كبيرة الحجم لتحقيق تصميمات معقدة واستخدام مواد فريدة. تعد البوليمرات ، وخاصة المواد البلاستيكية المعاد تدويرها ، أكثر المواد استخدامًا للأثاث المطبوع ثلاثي الأبعاد ، ولكن يمكن أيضًا استخدام الخرسانة والمعدن. هذا المكتب المدرسي بحجم الطفل في غامبيا (أدناه) هو مثال للطباعة ثلاثية الأبعاد التي تلبي حاجة عملية. خفيف الوزن ومتين ، يمكن إنتاج هذا التصميم من البلاستيك المعاد تدويره ، كما يحل مشكلة النفايات البلاستيكية. تمت طباعة النموذج على طابعة Magnum ثلاثية الأبعاد في The Industry Sweden في بلاستيك PETG ، الذي يشيع استخدامه في زجاجات المشروبات.
صورة
مكاتب نموذجية لاختبار مفهوم الأثاث المدرسي ثلاثي الأبعاد في غامبيا ، ربما باستخدام البلاستيك المعاد تدويره
● هناك أمثلة لا حصر لها من الكراسي والطاولات المطبوعة ثلاثية الأبعاد الجميلة ، بما في ذلك مجموعة NYXO Visionary Design (أدناه) الجميلة لطاولات القهوة المصنوعة من PLA الرغوي خفيف الوزن والمطبوع على طابعة Colossus XS 3D.
صورة
△ تم تصميم سلسلة طاولات Primavera للنحت من قبل شركة NYXO Visionary Design التي تتخذ من دبي مقراً لها ، وتم طباعتها باستخدام ColorFabb PLA على طابعة Colossus XS (المصدر: Colossus)
دخول كتاب غينيس للأرقام القياسية كأكبر قارب مطبوع ثلاثي الأبعاد وأكبر كائن مطبوع ثلاثي الأبعاد حتى الآن هو القارب المطبوع ثلاثي الأبعاد في الصورة أدناه ، والذي يبلغ طوله 7.72 مترًا. تمت طباعة القارب في عام 2019 من قبل مركز الهياكل والمركبات المتقدمة بجامعة مين. وهي مصنوعة من البلاستيك والخشب السليلوز. استغرق الأمر 72 ساعة فقط للطباعة ثلاثية الأبعاد ويزن 2.2 طن.
صورة
قارب بالحجم الطبيعي مطبوع بتقنية ثلاثية الأبعاد بالكامل أنتجته جامعة مين
● اختار مصنعو الدراجات أيضًا تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد لحل مشاكل اللحام في سلسلة التصنيع الخاصة بهم. لا يوفر الإطار المطبوع ثلاثي الأبعاد المكون من قطعة واحدة الوقت فحسب ، بل يتيح درجات جديدة من حرية التصميم لا تحدها الوصلات الهيكلية. أنتج صانع الدراجات نماذج من مركبات التيتانيوم والفولاذ وألياف الكربون. تم إنتاج الدراجة الإلكترونية ذات الإطار الفولاذي أدناه من Urwahn بكميات كبيرة باستخدام الطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاد لتحقيق توازن في الشكل والوظيفة والبناء الخفيف والمواد. تعلق الأشرطة المطاطية الخلفية الخاصة العجلات الخلفية وتولد نوعًا جديدًا من الراحة أثناء القيادة ، بينما يدمج الإطار الفولاذي المحرك والبطارية ، كما تقول الشركة.
صورة
△ دراجة كهربائية بإطار فولاذي مطبوع ثلاثي الأبعاد من Urwahn
نصائح تصميم وبرامج للمطبوعات الكبيرة
صورة
△ تم تجميع 30- التمثال المطبوع ثلاثي الأبعاد بطول قدمين من 365 جزءًا فرديًا مطبوعًا ثلاثي الأبعاد ، ويستغرق كل جزء 28 ساعة للطباعة على 55 3 طابعات D
غالبًا ما تكون الطباعة ثلاثية الأبعاد من قطعة واحدة مثالية لأنها تلغي عمالة التجميع وتسرع الإنتاج وتحسن السلامة الهيكلية نظرًا لعدم وجود طبقات أو أسطح. ومع ذلك ، إذا كان الكائن المطبوع كبيرًا جدًا بحيث تحتاج إلى تقسيمه إلى أجزاء متعددة ، كيف يمكنك تقسيم النموذج إلى مطبوعات ثلاثية الأبعاد؟
● لإكمال الطباعة ثلاثية الأبعاد الكبيرة ، يمكنك تقسيم النموذج مباشرةً في برنامج CAD (مثل Fusion360 أو Solid Works) ، والتي تتمتع بميزة السماح لك بتصميم بعض أدوات التجميع والمحاذاة ، مثل المسامير والنتوءات والأخاديد والشفاه أو ثقوب وفتحات ؛
● إذا كنت ستلصق الأشياء الكبيرة معًا أو تستخدم البراغي (فقط للمواد الأقوى مثل النايلون المملوء بألياف الكربون) ، يمكنك ترك عملية التقسيم لأداة تقطيع مثل Cura. التقسيم سريع وآلي باستخدام أدوات شبكة Cura ؛
● عند تقسيم النموذج الرقمي يدويًا ، تجنب المرور مباشرة عبر مناطق التفاصيل أو مناطق الدعم. تجنب الانقسام عند أضعف نقطة في التصميم ،
وهي تلك المناطق التي هي أرق بكثير من بقية النموذج.
طابعة ثلاثية الأبعاد كبيرة الحجم
صورة
△ طابعة GEFERTEC Arc60x WAAM المعدنية ثلاثية الأبعاد (المصدر: Gefertec)
إذا كنت ترغب في استخدام طابعة ثلاثية الأبعاد لإنشاء أجزاء مثل الأجزاء البلاستيكية الكبيرة والدعائم واللافتات ، فيمكنك استخدام طابعات ثلاثية الأبعاد ذات فتيل كبير الحجم ، والتي تشبه في الأساس طابعات الشعيرات المكتبية. يمكن لبعض الطابعات الطباعة باستخدام مواد متينة من الدرجة الهندسية.
إذا كنت تريد أن تصبح أكبر من أكبر طابعات FDM (بالإضافة إلى 1600 × 1200 × 1300) ، فستحتاج إلى طابعة ثلاثية الأبعاد بذراع آلية وذراع آلي مع رأس بثق متصل بالنهاية. يمكن وضعها على قضبان أو جسر علوي ، لذلك من الناحية النظرية ، من الممكن الطباعة بحجم القضبان المتاحة. سجل موسوعة غينيس للأرقام القياسية لأكبر طابعة ثلاثية الأبعاد عبارة عن مجموعة رأس بثق عملاقة في جامعة مين ، والتي يمكن أن تصل إلى 30 ، 000 × 6700 × 3 ، 000 ملم. ومع ذلك ، هذه الطابعة ليست للبيع. ميزة أخرى لطابعات الذراع الروبوتية هي أنها تطبع غالبًا باستخدام البوليمرات في شكل حبيبات أكثر اقتصادا
لا يمكن أن تكون المطبوعات ثلاثية الأبعاد للراتنج أكبر من 1 ، 000 ملم ، مع استثناءات قليلة مثل Kings 1700 Pro و 3D Systems ProX 950 نظرًا لفترات الطباعة الطويلة للغاية. يستغرق الراتنج عادة وقتًا أطول من FDM.
صورة
تتفوق الطابعة ثلاثية الأبعاد الخرسانية متوسطة الحجم في التطبيقات الفنية كبيرة الحجم
تعد طابعات الخرسانة ثلاثية الأبعاد سوقًا مزدهرًا ، ليس فقط لبناء المنازل ، ولكن لأي نوع من القوالب الخرسانية والأثاث والبناء وحتى أواني النباتات والمنحوتات. غالبًا ما يتم تحقيق الطباعة ثلاثية الأبعاد لأجزاء معدنية كبيرة جدًا باستخدام تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد لترسيب الطاقة الموجهة مثل التصنيع المضاف للقوس الكهربائي (WAAM). تستخدم هذه الطرق رأس طباعة ثلاثية الأبعاد مُركبًا على ذراع آلية ، والتي لها مدى واسع ومحدودة فقط بحجم الذراع.
