جميعنا بنينا قلاعًا رملية على الشاطئ: جدرانًا شاهقة، وأبراجًا مهيبة، وخنادق مليئة بأسماك القرش. إذا كنت مثلي، فسوف تُفاجأ بمدى تماسك كمية صغيرة من الماء - على الأقل حتى يظهر أخوك الأكبر ويركلها في نوبة من الفرح المُدمر.
يستخدم رجل الأعمال دان جيلبارت الماء أيضاً لربط المواد، على الرغم من أن تصميمه أكثر متانة بكثير من مشهد شاطئي يُعرض في عطلة نهاية الأسبوع.
بصفته رئيسًا ومؤسسًا لشركة Rapidia Tech Inc.، وهي شركة موردة لأنظمة الطباعة ثلاثية الأبعاد للمعادن في فانكوفر، كولومبيا البريطانية، وليبرتيفيل، إلينوي، طور جيلبارت طريقة لتصنيع الأجزاء تلغي الخطوات التي تستغرق وقتًا طويلاً والمتأصلة في التقنيات المنافسة مع تبسيط إزالة الدعامات بشكل كبير.
كما أنه يجعل عملية ربط الأجزاء المتعددة لا تكون أكثر صعوبة من مجرد نقعها في القليل من الماء ولصقها معًا - حتى بالنسبة للأجزاء المصنوعة بأساليب التصنيع التقليدية.
يناقش جيلبارت بعض الاختلافات الجوهرية بين أنظمته المائية وتلك التي تستخدم مساحيق معدنية تحتوي على 20% إلى 30% من الشمع والبوليمر (حجميًا). تنتج طابعات رابيديا المعدنية ثلاثية الأبعاد ذات الرأسين معجونًا من مسحوق معدني وماء ومادة رابطة راتنجية بنسب تتراوح من 0.3% إلى 0.4%.
وأوضح أنه بسبب ذلك، يتم التخلص من عملية إزالة المادة الرابطة المطلوبة في التقنيات المنافسة، والتي تستغرق في كثير من الأحيان عدة أيام، ويمكن إرسال الجزء مباشرة إلى فرن التلبيد.
أما العمليات الأخرى فتقع في الغالب ضمن "صناعة قولبة الحقن (MIM) العريقة، والتي تتطلب أن تحتوي الأجزاء غير الملبدة على نسب عالية نسبيًا من البوليمر لتسهيل إخراجها من القالب"، كما قال جيلبارت. "ومع ذلك، فإن كمية البوليمر اللازمة لربط الأجزاء للطباعة ثلاثية الأبعاد ضئيلة للغاية في الواقع - يكفي عُشر بالمئة في معظم الحالات."
فلماذا نشرب الماء؟ كما هو الحال مع مثال قلعة الرمل المستخدمة لصنع المعجون (معجون معدني في هذه الحالة)، يربط البوليمر القطع ببعضها أثناء جفافها. والنتيجة هي قطعة ذات قوام وصلابة طباشير الرصيف، قوية بما يكفي لتحمل عمليات التشغيل بعد التجميع، والتشغيل اللطيف (مع أن جيلبارت يوصي بالتشغيل بعد التلبيد)، والتجميع بالماء مع أجزاء أخرى غير مكتملة، ثم وضعها في الفرن.
كما أن التخلص من عملية إزالة الشحوم يسمح بطباعة أجزاء أكبر وأكثر سمكًا لأنه عند استخدام مساحيق معدنية مشبعة بالبوليمر، لا يمكن للبوليمر أن "يحترق" إذا كانت جدران الجزء سميكة جدًا.
قال جيلبارت إن أحد مصنعي المعدات يشترط سماكة جدار لا تتجاوز 6 مم. وأضاف: "لنفترض أنك تصنع قطعة بحجم فأرة الحاسوب تقريبًا. في هذه الحالة، يجب أن يكون الجزء الداخلي مجوفًا أو ربما مصنوعًا من نوع من الشبكة. وهذا مثالي للعديد من التطبيقات، حتى مع كون الخفة هي الهدف. ولكن إذا كانت القوة الفيزيائية مطلوبة، كما هو الحال في البراغي أو أي قطعة أخرى عالية المتانة، فإن حقن مسحوق المعادن أو تقنية قولبة المعادن بالحقن (MIM) عادةً ما تكون غير مناسبة."
تُظهر صورة حديثة الطباعة لمشعب متعدد الأجزاء المكونات الداخلية المعقدة التي يمكن لطابعة رابيديا إنتاجها.
يشير جيلبارت إلى العديد من الميزات الأخرى للطابعة. خراطيش الحبر التي تحتوي على معجون معدني قابلة لإعادة التعبئة، وسيحصل المستخدمون الذين يعيدونها إلى رابيديا لإعادة تعبئتها على نقاط مقابل أي مادة غير مستخدمة.
تتوفر مجموعة متنوعة من المواد، بما في ذلك الفولاذ المقاوم للصدأ 316 و17-4PH، وINCONEL 625، والسيراميك، والزركونيا، بالإضافة إلى النحاس، وكربيد التنجستن، والعديد من المواد الأخرى قيد التطوير. صُممت مواد الدعم - المكون السري في العديد من طابعات المعادن - لطباعة ركائز يمكن إزالتها أو "تبخيرها" يدويًا، مما يتيح إمكانية الحصول على تصميمات داخلية يصعب تكرارها بطرق أخرى.
تعمل شركة رابيديا منذ أربع سنوات، وهي، كما هو معلوم، في بداياتها. وقال جيلبارت: "الشركة تأخذ وقتها لإصلاح الأمور".
حتى الآن، قام هو وفريقه بنشر خمسة أنظمة، بما في ذلك نظام في مركز سيلكيرك للوصول إلى التكنولوجيا (STAC) في مقاطعة كولومبيا البريطانية. ويستخدم الباحث جيسون تايلور الجهاز منذ نهاية يناير، وقد لاحظ العديد من المزايا مقارنةً بالعديد من طابعات STAC ثلاثية الأبعاد الموجودة.
وأشار إلى أن القدرة على "لصق" الأجزاء الخام بالماء قبل التلبيد تحمل إمكانات هائلة. كما أنه على دراية بالمشكلات المرتبطة بإزالة الشحوم، بما في ذلك استخدام المواد الكيميائية والتخلص منها. ورغم أن اتفاقيات عدم الإفصاح تمنع تايلور من مشاركة تفاصيل الكثير من عمله هناك، إلا أن مشروعه التجريبي الأول هو شيء قد يتبادر إلى أذهان الكثيرين منا: عصا مطبوعة بتقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد.
قال مبتسمًا: "لقد كانت النتيجة مثالية. انتهينا من تصنيع الواجهة، وحفرنا ثقوبًا للعمود، وأنا أستخدمها الآن. نحن منبهرون بجودة العمل المنجز باستخدام النظام الجديد. وكما هو الحال مع جميع الأجزاء المُلبّدة، هناك بعض الانكماش وحتى بعض عدم المحاذاة، لكن الآلة كافية. وبشكل متسق، يمكننا معالجة هذه المشاكل في التصميم."
يركز تقرير التصنيع الإضافي على استخدام تقنيات التصنيع الإضافي في الإنتاج الفعلي. يستخدم المصنّعون اليوم الطباعة ثلاثية الأبعاد لإنشاء الأدوات والتجهيزات، بل ويستخدمها البعض للإنتاج بكميات كبيرة. سيتم عرض قصصهم هنا.