مستقبل الطباعة ثلاثية الأبعاد The Future of 3D Printing to 2025

تقرير "سميذرز بيرا" الجديد يسلط الضوء على أربعة عوامل تحدد مستقبل نمو الطباعة ثلاثية الأبعاد

حسب تقرير "سميذرز بيرا" الذي اندرج تحت عنوان "مستقبل الطباعة ثلاثية الأبعاد لعام 2025"، فقد قدّرت قيمة سوق الطباعة ثلاثية الأبعاد العالمية بحوالي 4 مليار دولار عام 2014.

ومن المتوقع أن يصل السوق إلى 5,9 مليار دولار عام 2015 ومن المتوقع أن ينمو إلى 49,1 مليار دولار بحلول عام 2025 ليمثل بهذا معدل نمو سنوي 23,7 بالمئة لمدة العشر سنوات. تضم سوق الطباعة ثلاثية الأبعاد مجموع قيمة الطابعات ثلاثية الأبعاد، ومواد الخام، والأجزاء المصنَّعة، والخدمات.

ستحتل الطباعة ثلاثية الأبعاد مكانة جيدة في السنوات العشر المقبلة لتبدأ ثورة العمليات والطرق التصنيعية في كل أنحاء العالم. تُستخدم كلمة "ثورة" لأن معظم الأجزاء البلاستيكية والمعدنية تعتمد حتى الآن على طرق أقدم، وبالية في بعض الأحيان، في تقنيات الصب المستخدمة في تشكيل الأجزاء والمنتجات حسب التصميم المطلوب.

إلا أن الطباعة ثلاثية الأبعاد تعِد بصنع مثل هذه الأجزاء والمنتجات من خلال مجرد طباعة الشكل في عملية مستقلة. وبالإضافة إلى ذلك، لا تتمتع الطباعة ثلاثية الأبعاد فقط بإمكانية طباعة الأجزاء المعقدة جداً، بل طباعة مجموعات أجزاء متكاملة تماماً أيضاً لتكون منتجاً نهائياً واحداً؛ وتجدها في بعض الأحيان قادرة على طباعة أجزاء ذات تصميم أعقد مما يمكن لطرق الصب التقليدية إنجازه.
هناك أربعة عوامل ستحدد مستقبل نمو الطباعة ثلاثية الأبعاد، وهي:
- تحسين قدرات الطابعات
- توسيع التطبيقات
- أدوات الطباعة الجديدة
- تطور مواد الخام
تبرز هذه التوجهات الأساسية المحددة والمدروسة بعمق في تقرير "سميذرز بيرا" بوضوح في المقالة.

تحسين قدرات الطابعات

تعتمد جميع تقنيات الطباعة ثلاثية الأبعاد على مبدأ بسيط نسبياً، وهو أنه إذا أمكن "بناء" عدد كافٍ من الطبقات ثنائية البعد عبر المقاطع فوق بعضها البعض في سلسلة التصميم الملائمة، عندها يمكن صنع شكل ونموذج ثلاثي الأبعاد. وعلى هذا، فإن النموذج أو التصميم هو ببساطة وضع طبقات متعاقبة من النماذج ثنائية البعد عبر المقاطع للتصميم ثلاثي الأبعاد المستهدف. وتختلف تقنيات إنشاء الطبقات ثنائية الأبعاد، وكذلك أنواع المواد المشكلة للطبقات.

وسوف تتولد التحسينات المتوقعة كلها من عدة تغيرات هامة في الأداء بما فيها:

- تصميمات جديدة لبرامج "كاد"، وواجهة ملف محسَّنة لـ "STL"، أو استبدال رموز البناء البرمجية ثلاثية الأبعاد الجديدة بملفات "STL" التقليدية.
- تحكم رقمي أكثر دقة للمعدات ثلاثية الأبعاد.
- سرعة طباعة أكبر (استخدام رؤوس الطباعة المتعددة) وتصميمات تطبيق المواد.
- مواد وكيمياء جديدة لتحقيق سرعة الطباعة المحسَّنة، ما يمكّن من تعدد المواد.
- تحسينات للسماح باستخدام أكبر للمعدن والسيراميك.
ستساعد مثل هذه التحسينات في دفع الطباعة ثلاثية الأبعاد لتتجاوز النماذج التقليدية وتدخل التصنيع المباشر للأجزاء والمنتجات التجارية على نطاق اقتصادي لم تشهده الطباعة ثلاثية الأبعاد من قبل.

توسيع التطبيقات

لقد جرى إبعاد تطبيقات الطباعة ثلاثية الأبعاد الأولى إلى النماذج السريعة الأولية، وذلك لتسريع تطوير المنتج في مراحله الأولى من خلال إنتاج تكرارات تجريبية متعددة لتحديد الحل الذي يمثل أفضل تصميم. وقد مهّد هذا العمل الطريقَ لإنتاج أدق من التصميمات والأدوات الخاصة بالقوالب، وكذلك مع توجهات النمو المستقبلية الجديدة نحو التصميم النهائي للمنتج. وما يزال صنع النماذج أحد أكبر استخدامات الطباعة ثلاثية الأبعاد اليوم.

وبما أن استخدام الطباعة ثلاثية الأبعاد والنمذجة تصبحان أكثر تعقيداً وتطوراً، فقد جرى تطوير عمليات ومواد جديدة في المجال ثلاثي الأبعاد لتحسين مقدرات الطباعة ثلاثية الأبعاد بالمجمل، إذ تفتح هذه التحسينات المجال أمام العديد من القطاعات الصناعية لتدخل الطباعة ثلاثية الأبعاد.
وتضم الأمثلة ما يلي:

- دمج الجزء متعدد الوظائف في قطعة واحدة.
- استراتيجيات تخفيف الوزن للمركبات والطائرات.
- الحاجة المتزايدة لمنتجات تتمتع بثخانة جدران قابلة للتغيير.
- تحول نوعي في سلسلة الإمداد مثل استراتيجيات الجرد "في الوقت المناسب"، أو إنتاج قطع غيار جديدة في المواقع النائية.

أدوات الطباعة الجديدة

بشكل عام، لم تتمكن تقانة الطباعة ثلاثية الأبعاد حتى الآن من المواءمة بين اقتصادات الكلفة الجزئية بالمقارنة مع تقانات القوالب التقليدية؛ لكن من المتوقع أن تمكّن تقانة المستقبل من الوصول إلى اقتصادات تصنيع محسَّنة بحلول عام 2025، وبذلك تستطيع الطباعة ثلاثية الأبعاد المنافسة على نطاق أرفع مستوىً بالمقارنة مع مستواها اليوم.

وسوف تأتي اقتصادات التصنيع المحسَّنة من أداء الطابعة المحسَّن والمواد الخام المحسَّنة. أما محركات مثل هذا التحسن فستنتج من التقانة المشروحة سابقاً وتوجهات السوق، إذ أن كلاً من هذين العاملين هما العاملان المؤثران الرئيسيان لتوجهات الآلات الطابعة.

تطور مواد الخام

تضم المواد الخام الخاصة بالطباعة ثلاثية الأبعاد طيفاً واسعاً جداً من الأنواع، والخصائص، والأداء، والكلفة. ولا يعتمد اختيار مادة خام معينة كثيراً على اسمها بقدر ما يعتمد على خصائص أدائها التي جرى إدخالها في هذه المادة. فعلى سبيل المثال، في عالم البلاستيك والمعادن المصبوبة، هنالك أمثلة لا تعد ولا تحصى من بدائل المواد الخام مثل استخجام النايلون المملوء بالزجاج ليحل مكان المعدن في تطبيقات معينة في صناعة السيارات، أو استخدام البوليكربونيت بدلاً من زجاج النوافذ.

تتطور المواد الخام بسرعة بوصفها تقانة للطباعة وللمستخدم النهائي على حد سواء على المدى الطويل. إن ابتكار تشكيلات معينة من المواد الخام في الحقيقة قد سمح بابتكار تقانات طباعة جديدة بما فيها تطورات الطباعة النافثة للحبر. ومن المتوقع بأن التشكيلات خلال السنوات العشر القادمة ستواصل تحسنها، ما سيسمح بمزيد من الترقية للطريقة التي ستمكّن فيها كيمياء المعادن عمليات التصنيع من تلبية متطلبات تصميم الأجزاء وعلم الهندسة.

وسوف ينتج ابتكار المواد الخام على الأرجح من مجالات البحث التالية:

- فهم كيفية تحسين تصميم تشوه المادة ولزوجة المادة الخام.
- فهم العلاقة والتفاعل على مستوى الجزيء لمختلف المواد على كل من مستوى السطح والوجه.
- فهم الخصائص الفيزيائية التي تولدها عملية بناء الطبقات المتعددة.

للاطلاع على مزيد من التفاصيل حول هذه العوامل الأساسية وغيرها في نمو هذا القطاع سريع التطور في المستقبل، بما في ذلك تنبؤات السوق للسنوات المقبلة، يمكنكم الولوج إلى تقرير "سميذرز بيرا" The Future of 3D Printing to 2025