تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد: مستقبل التصنيع

ومع ظهور الطباعة ثلاثية الأبعاد جعلت عملية التصنيع أكثر مرونة، فبالسماح للمستهلكين بإملاء الطلب، تفسح المجال لزيادة حركة سلسلة التوريد والقدرة على التكيف، بالتالي تقليل التكاليف والهدر، كما لم تعد الشركات بحاجة للتنبؤ بالطلب الاستهلاكي بالمقامرة على كمية المنتج التي ستبيعها. نستعرض أدناه ميزات الطباعة ثلاثية الأبعاد في عملية التصنيع، والتحديات التي تواجهها وكيفية التغلب عليها.

مزايا الطباعة ثلاثية الأبعاد للتصنيع:

انتشرت الطابعات ثلاثية الأبعاد بشكل كبير مع زيادة مقدمي الخدمات المحليين بالاستعانة بمصادر خارجية لأعمال التصنيع، مما يوفر الوقت ويقلل التكاليف فهي تتميز بعدة ميزات تتجلى فيما يلي:

1. القدرة على إنشاء نماذج أولية بسرعة وسهولة:

تسمح الطباعة ثلاثية الأبعاد بتصميم وطباعة تصميمات أكثر تعقيداً من التصنيع التقليدي، في غضون ساعات، ممّا يسرّع عملية النماذج الأولية، ويسمح لكل مرحلة بإكمالها بشكل أسرع.

فمن خلال الاعتماد على تصميم الجزء وتعقيده، يمكنها طباعة الأشياء خلال ساعات، وهو أسرع بكثير من الأجزاء المقولبة أو الآلية. مما يقلّل الوقت فهي تعتمد إنشاء ملفات STL أو CAD على الحاسوب جاهزة للطباعة.

2. القدرة على إنتاج قطع مخصصة بكميات صغيرة:

يعتبر البلاستيك مادة الطباعة ثلاثية الأبعاد الرئيسية، كما تستخدم المعادن، لكن يبقى البلاستيك أفضل لأنه أخف، كما يوفر كفاءة أكبر في استهلاك الوقود. يمكنها إنشاء أجزاء من مواد مصممة خصيصاً لتوفير خصائص معينة بما يتضمن مقاومة الحرارة أو الماء.

3. القدرة على تقليل النفايات والتكلفة:

تعتبر الطباعة ثلاثية الأبعاد عملية تصنيع بخطوة واحدة، بالتالي توفر الوقت والتكاليف المرتبطة باستخدام مختلف آلات للتصنيع. إذ لا يحتاج إنتاج الكائنات إلا المواد اللازمة للكائن المراد تصنيعه، مع هدر قليل أو معدوم بالمقارنة مع الطرق الأخرى.

بالتالي فهي صديقة للبيئة تعمل على تحسين كفاءة استهلاك الوقود من خلال استخدام أجزاء مطبوعة ثلاثية الأبعاد خفيفة الوزن.

4. الرعاية الصحية المتقدمة:

تستخدم الطباعة ثلاثية الأبعاد في الرعاية الطبية إذ تساعد في إنقاذ الأرواح عبر طباعة أعضاء جسم الإنسان كالكبد والكلى والقلوب.

5. المرونة:

تتميز الطباعة ثلاثية الأبعاد بالمرونة فهي لا تحتاج مساحة كبيرة لتخزين المخزون، عكس عمليات التصنيع التقليدية. ممّا يوفر المساحة والتكاليف إذ لا تحتاج الطباعة بكميات كبيرة إن لم يكن مطلوباً.

تخزّن ملفات التصميم ثلاثي الأبعاد في مكتبة افتراضية تُطبَع باستخدام نموذج ثلاثي الأبعاد كملف CAD أو STL، أي يتم تحديد موقعها وطباعتها عند الحاجة.

6. القدرة على إنتاج قطع أكثر تعقيدا من الطرق التقليدية:

تتمتع بعض الأجزاء المصنوعة من المعدن بخصائص ميكانيكية ممتازة، فالعديد من الأجزاء الأخرى المطبوعة ثلاثية الأبعاد أكثر هشاشة من المصنعة بواسطة تقنيات التصنيع التقليدية.

يعود ذلك إلى أن تصنيع الأجزاء يتم تركيبها على شكل طبقات طبقة تلو الأخرى، مما يقلل من القوة بنسبة تتراوح بين 10 و50%.

تحديات الطباعة ثلاثية الأبعاد للتصنيع:

رغم ميزات الطباعة ثلاثية الأبعاد لكن السلبيات موجودة أيضاً وتتمثل بما يلي:

1. تكلفة المعدات:

تعد عمليات الإنتاج الكبيرة أكثر تكلفة مع الطباعة ثلاثية الأبعاد بسبب ارتفاع سعر المعدات، وقد أشارت التقديرات أنه عند إجراء مقارنة تبين أن الطباعة ثلاثية الأبعاد أقل فعالية من ناحية التكلفة من التصنيع باستخدام الحاسب الآلي أو قولبة الحقن بحوالي 100 وحدة.

2. دقة التصنيع:

عموماً تعتمد دقة الجزء المطبوع على نوع الآلة أو العملية المستخدمة، إذ تتمتع بعض الطابعات المكتبية بتفاوتات أقل من الطابعات الأخرى، بالتالي الأجزاء النهائية قد تختلف قليلاً عن التصميمات.

رغم أنه يمكن إصلاح ذلك من خلال المعالجة اللاحقة، لكن يجب الأخذ بالاعتبار أن الأجزاء المطبوعة ثلاثية الأبعاد قد لا تكون دقيقة دائماً.

إذ تحتاج معظم الأجزاء المطبوعة ثلاثية الأبعاد شكلاً من أشكال المعالجة اللاحقة، كالصنفرة والتنعيم لإنشاء اللمسة النهائية المطلوبة، أو حتى إزالة الدعامات الداعمة التي تسمح ببناء المواد في الشكل المحدد، أو المعالجة الحرارية لتحقيق خصائص محددة للمواد أو المعالجة النهائية.

3. المتانة:

تنتج الأجزاء في الطباعة ثلاثية الأبعاد على شكل طبقات، رغم أنها تلتصق لكنها يمكن أن تنفصل تحت ضغوط أو اتجاهات معينة، كما قد تكون أكثر هشاشة.

4. السلامة:

ترتبط مخاطر بالسلامة بالمكونات الساخنة والأجزاء المتحركة والمخاطر الكهربائية القياسية. فقد ينبثق عن فوهة الطابعة مادة منصهرة قد تصل إلى درجات حرارة تتراوح بين 200-300 درجة مئوية.

كما قد تكون المخاطر مرتبطة بالمكونات المطبوعة حديثاً والتي قد تكون ساخنة بدرجة كافية للحرق.

كما قد يشكل التعرض للمواد الكيميائية كالنيكل التي تستخدم للتنظيف في نهاية عملية التصنيع خطراً فضلاً عن بعض المساحيق المعدنية القابلة للاحتراق.

تحليل تأثير الطباعة ثلاثية الأبعاد على التصنيع:

توفر الطباعة ثلاثية الأبعاد الكثير من الفوائد بما يتضمن: حرية التصميم، وتجميع الأجزاء، وعدم الحاجة إلى أدوات، وتغييرات كبيرة في كلفة الإنتاج واستهلاك الطاقة ومدة التصنيع كما تسرّع التطور السريع لعمليات التصنيع.

فهي تساهم تحسين أداء العمليات وإدارة سلسلة التوريد، لذا استثمرت عدة البلدان في تشجيع اعتماد واستخدامها في التصنيع، رغم وجود عدة تحديات وقيود. لكن تم أخذ تلك القضايا بعين الاعتبار لتطويرها لتكون ذات كفاءات أعلى وتأثيرات بيئية أقل.

الحلول الممكنة لمواجهة تحديات الطباعة ثلاثية الأبعاد على التصنيع:

للتغلب على تحديات الطباعة ثلاثية الأبعاد يجب التركيز على الفوائد التقنية للتصنيع الإضافي إلى القيمة التجارية الإجمالية، إذ لا تحتاج الشركات لتحديد التطبيقات والأجزاء التي المصنعة باستخدام الطباعة ثلاثية الأبعاد كما يجب النظر في استراتيجية التصنيع ككل لمعرفة كيف تضيف قيمة إلى العمليات الشاملة.

فبدلاً من إيجاد المنتجات التي تناسب التكنولوجيا، يجب أن تجعل التكنولوجيا تناسب المنتج ونموذج العمل. لذا يمكن أن تستطيع أن تفكر فيما يلي:

• محركات الأعمال، بما يتضمن: الإنتاج الاقتصادي منخفض الحجم، التخصيص الفعال من حيث التكلفة، تحسين الاستدامة البيئية، سلاسل التوريد الأمثل، كفاءة التصنيع مع المزيد من الأدوات والأدوات والتركيبات، انخفاض مخزون قطع الغيار، تقليل المهل الزمنية، تقليل استهلاك المواد الخام.
• يمكن التفكير على مستوى القيادة، إذ يؤثر تنفيذ التصنيع الإضافي لتحقيق قيمة تجارية حقيقية على عدة مجالات تتجاوز التصميم والهندسة. لذا يجب التفكير في الإنتاجية والتدريب وسلاسل التوريد وتحسين المنتج والأثر البيئي والبحث والتطوير وعائد الاستثمار الإجمالي في التصنيع.
• صحيح أنَّ شراء المعدات قد يكون مكلفاً، لكن تستطيع تجنبها بالاستعانة بمصادر خارجية لمشروعك لشركة خدمات طباعة ثلاثية الأبعاد بالتالي تدفع مبالغ أقل.
• للتغلب على مشكلة المتانة يمكن استخدام القولبة بالحقن فهي تخلق أجزاء متجانسة لا تنفصل أو تنكسر.

إقرأ أيضاً: 10 اختراعات غيرت وجه العالم في التسعينيات

في الختام:

تعتبر الطباعة ثلاثية الأبعاد ثورة حقيقية في عالم الصناعة التحويلية فهي تسرع عملية الإنتاج وتقلل التكاليف والنفايات. لكن هناك بعض العيوب التييجب معالجتها والتغلب عليها للاستفادة من الميزات بالشكل الأمثل.