تطوير أول طابعة روسية ثلاثية الأبعاد مزودة بخاصية تغيير رأس الطباعة التلقائي
© Sputnik . Evgeny Biyatov
تابعنا عبر
طور باحثون في جامعة "ميرا" (RTU MIREA) بموسكو طابعة ثلاثية الأبعاد معيارية تُبدّل رؤوس الطباعة تلقائيًا دون الحاجة إلى استبدالها يدويًا.تتيح آلية المغناطيس للطابعة العمل مع أنواع مختلفة من البلاستيك، ما يُتيح إنتاج أجسام تجمع بين خصائص فيزيائية متنوعة.
صُمم هذا النظام للمختبرات والمصانع الصغيرة، ما يُمكن أن يجعل الطباعة ثلاثية الأبعاد المتخصصة أكثر مرونة وأقل تكلفة، ويمكن لطابعة ثلاثية الأبعاد واحدة إنتاج مجموعة واسعة من الأجسام، لكن العمل مع مواد مختلفة قد يُعقّد العملية، فالبلاستيك يختلف في قوته ومرونته ومتطلبات الطباعة، وقد يتطلب التبديل بين أنواعه تغيير المعدات أو إيقاف الإنتاج.
طور مهندسون وطلاب في جامعة "ميرا" الروسية للتكنولوجيا طابعة ثلاثية الأبعاد معيارية مصممة لتسهيل هذه العملية، وتتمثل ميزتها الرئيسية في آلية تختار رؤوس الطباعة وتستبدلها تلقائيًا، ما يسمح للطابعة بالتبديل بين المواد أثناء التشغيل.
طُوّر هذا المشروع من قِبل طلاب السنة الرابعة نيكيتا كوتشيتوف، وفيرونيكا إرمولاييفا، ودانييل كوتوف، تحت إشراف المحاضر ألكسندر ليم في قسم التقنيات الرقمية والإضافية بالجامعة.
كيف تُغيّر الطابعة المواد تلقائيًا؟
تستخدم الآلة تقنية شائعة في الطباعة ثلاثية الأبعاد تُسمى نمذجة الترسيب المنصهر (FDM)، في هذه العملية، يُسخّن خيط بلاستيكي - وهو عبارة عن شريط رفيع ومتصل من المادة - حتى يلين، ثم يُدفع عبر فتحة صغيرة تُسمى الفوهة.
تقوم الطابعة بترسيب البلاستيك المُلين في طبقات متتالية، تبرد لتُشكّل جسمًا ثلاثي الأبعاد صلبًا، وعلى عكس طرق التصنيع التقليدية التي تُزيل المادة من كتلة أكبر، تُبنى هذه العملية الجسم بإضافة المادة فقط عند الحاجة. اعتمد الفريق الروسي في تصميمه على فورون، وهو تصميم مفتوح المصدر لطابعات ثلاثية الأبعاد، يُمكن للمطورين تعديله وتحسينه.
يكمن الابتكار الرئيسي في تصميمها في آلية تبديل رأس الطباعة، حيث يستخدم النظام رأسي طباعة وعربة متحركة مزودة بوصلة مغناطيسية، وعندما تحتاج الطابعة إلى رأس طباعة آخر، تعيد العربة الرأس المستخدم إلى محطة الإرساء،يقوم دبوس مصمم خصيصًا بتحريك لوحة مغناطيسية، مما يُضعف الوصلة ويُحرر رأس الطباعة.
ثم تنتقل العربة إلى رأس الطباعة الثاني، وتتصل به مغناطيسيًا، وتستأنف الطباعة. تُغني هذه العملية الآلية عن حاجة المشغل إلى استبدال معدات الطباعة يدويًا في كل مرة تُغير فيها الطابعة المواد.
ما الذي يمكن للطابعة إنتاجه؟
من مزايا تغيير رؤوس الطباعة إمكانية دمج أنواع مختلفة من البلاستيك في منتج واحد. على سبيل المثال، قد يتطلب منتج ما هيكلًا خارجيًا صلبًا وجزءًا مرنًا، ويُمكن استخدام مواد مختلفة أثناء الطباعة لإنتاج هذا المزيج دون الحاجة إلى تصنيع كل مكون على حدة.
تدعم الطابعة المقترحة خمسة أنواع من البلاستيك شائعة الاستخدام في الطباعة: PLA، وPETG، وABS، وTPU، وHIPS. تتميز هذه المواد بخصائص ميكانيكية وتصنيعية مختلفة. يُستخدم PLA على نطاق واسع في الطباعة العامة، بينما يُعرف TPU بمرونته، وحدد المطورون حجم طباعة يبلغ 300 × 300 × 250 مليمترًا، مما يسمح بطباعة أجسام بأبعاد تقريبية 30 سنتيمترًا عرضًا، و30 سنتيمترًا عمقًا، و25 سنتيمترًا ارتفاعًا.
يستهدف التصميم أيضًا سرعات طباعة تصل إلى 700 مليمتر في الثانية، مع العلم أن هذا الرقم يمثل سرعة حركة المادة أو ترسيبها، وليس الوقت اللازم لطباعة الجسم بالكامل، وتشمل الميزات الأخرى المخطط لها غلافًا مغلقًا، ومنصة طباعة مُسخّنة، وتسخينًا فعالًا للحجرة يصل إلى 80 درجة مئوية،ويُعد التحكم في درجة الحرارة أمرًا بالغ الأهمية لأن بعض أنواع البلاستيك قد تتشوه عند تبريدها بشكل غير متساوٍ.
لماذا يُعد التصميم المعياري مهمًا؟
إلى جانب التبديل التلقائي لرأس الطباعة، يرغب المطورون في أن تكون الطابعة معيارية. وهذا يعني إمكانية إضافة مكونات فردية أو استبدالها أو ترقيتها دون الحاجة إلى شراء جهاز جديد بالكامل.
قد تُفيد هذه المرونة المختبرات التعليمية ومراكز الأبحاث والمصانع الصغيرة التي تحتاج إلى إمكانيات طباعة متنوعة، ولكنها لا تستطيع تبرير الاستثمار في عدة طابعات متخصصة، ويخطط الفريق أيضًا لإدخال نظام مراقبة جودة الطباعة في الوقت الفعلي.
