نجح المهندسون في جامعة ويسكونسن ماديسون في الجمع بين الأشعة السينية عالية الطاقة والتصوير الحراري والضوء المرئي لتطوير وتحسين تقنية جديدة للطباعة ثلاثية الأبعاد.

تعمل تقنية دمج طبقة المسحوق ذات الحزمة الإلكترونية على بناء تصميمات معقدة وفريدة من نوعها هندسيًا ؛ مثل المفاصل الاصطناعية المصممة من مسح العظام البشرية الأصلية، أو المكونات الصلبة وخفيفة الوزن للمركبات المرسلة إلى الكواكب الأخرى.

قال Lianyi Chen، الأستاذ المشارك في الدراسة: “هذه التكنولوجيا مهمة لتصنيع المحركات النفاثة باستخدام التيتانيوم ألومينايد، والتي لا يمكن تصنيعها بأي تقنية أخرى تعتمد على الطباعة ثلاثية الأبعاد”.

آلية العمل

حتى الآن، تعتمد آلية العمل المعقدة على دمج “مسحوق شعاع الإلكترون” مع مسحوق معدني، في قاعدة واحدة، ثم يقوم شعاع الإلكترون بإذابة طبقات المسحوق الإضافية ودمجها للبناء من القاعدة إلى القمة.

في أوائل يناير 2022، أظهر الباحثون نجاح هذه التقنية، بعد اختبارها على مصدر الفوتون المتقدم في مختبر أرجون الأمريكي.

تعطي الأشعة السينية السنكروترونية (نوع من شعاع الضوء عالي الطاقة) للباحثين فكرة عن كيفية تصرف المواد الموجودة في داخلها الداخلي المخفي بدقة أثناء عمل نظام الطباعة.

تسمح الكاميرا الحرارية بدراسة تطور درجة الحرارة أثناء العملية، وتتبع كاميرا الضوء المرئي بنية السطح المتطورة.

قال لويس إيسيت إسكانو، طالب الدراسات العليا في الهندسة الميكانيكية والمؤلف المشارك للدراسة، وفقًا لموقع Technology.org: “عند تشغيل جهاز واحد فقط، يمكننا رؤية العديد من جوانب عملية الطباعة في آنٍ واحد”.

تغلب الباحثون على العديد من التحديات التقنية المرتبطة بعملية دمج طبقة المسحوق مع شعاع الإلكترون، من خلال الحفاظ على الفراغ العالي المطلوب للتشغيل، وتخفيف الاهتزازات من مضخة التفريغ، لإنتاج تصميمات خاصة للأشعة السينية السنكروترونية.

تمنحنا التكنولوجيا الجديدة المرونة لإجراء التجارب وجمع البيانات بسرعة كبيرة في المستقبل، مما يسرع عملية فهم تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد.

مستقبل الطباعة ثلاثية الأبعاد

يشهد قطاع الطباعة ثلاثية الأبعاد اهتمامًا متزايدًا في جميع أنحاء العالم، وأصبحت التكنولوجيا الجديدة محور الدراسة والبحث من قبل أكبر الشركات في العالم، بهدف تسريع طرحها في الأسواق العالمية.

من المتوقع أن تبلغ قيمة سوق تكنولوجيا الطباعة ثلاثية الأبعاد العالمية حوالي 300 مليار دولار بحلول عام 2025، وذلك بفضل الزيادة في البحث وتطوير المنتجات، والحاجة المتزايدة لمزيد من الابتكار في عمليات التصميم، وسهولة الإنتاج والتصنيع في مختلف القطاعات.

تتميز تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد بقدرتها على صنع أي جسم صلب من نموذج رقمي مصمم على أجهزة الكمبيوتر مما قد يحدث نقلة نوعية في عالم الصناعة.

تشير التقارير إلى دور تقنيات الطباعة ثلاثية الأبعاد في توفير تكاليف البناء بنسبة تتراوح بين 50٪ و 70٪، وتكاليف العمالة بنسبة 50٪ إلى 80٪، وكذلك تقليل نسبة الهدر الناتج عن عمليات البناء بنسبة تصل إلى 60٪، وهي ينعكس إيجابيا. على العوائد الاقتصادية للقطاع والمساهمة في تحقيق استدامة البيئة والموارد.

دول أمريكا الشمالية واليابان وألمانيا والمملكة المتحدة ودول متقدمة أخرى ؛ بالإضافة إلى بعض دول المنطقة مثل الإمارات العربية المتحدة والمملكة العربية السعودية، ميزانيات ضخمة في مجال تطوير تقنيات الطباعة ثلاثية الأبعاد في مختلف المجالات مثل البناء والطب والصناعة والسيارات والطيران.