الاقتصادي- كان للاختراعات التقنية أثر كبير في التاريخ الحديث، ولإدراك أثرها على التطور البشري، ما عليك سوى التفكير في آثارها، مثل المصباح الكهربائي، أو المحرك البخاري، أو السيارات، أو الطائرات، إلى جانب شبكة الويب العالمية.

هذه التقنيات جعلت حياتنا أفضل من نواحٍ عديدة، وفتحت طرقًا وإمكانيات جديدة، ويعتقد أن الطباعة الثلاثية الأبعاد لديها إمكانات هائلة لتصبح واحدة من التقنيات ذات التأثير الكبير على تطوّر حياة الإنسان.

فكرة الطباعة الثلاثية الأبعاد
ظهر وصف الطباعة الثلاثية الأبعاد للمرة الأولى في قصة خيال علمي في الخمسينيات من القرن الماضي، وأصبحت حقيقة واقعة في الثمانينيات، وتحولت إلى تقنية شائعة في القرن الحالي بعد أن زادت الدقة وتنوعت المواد المستخدمة.

وظلت المبادئ الأساسية كما هي، حيث إنها عملية تصنيع كائن مادي من نموذج أو تصميم رقمي، عن طريق إضافة العديد من الطبقات المتعاقبة من المادة ودمجها وجعلها صلبة.

وفي حال أردنا تبسيط مفهوم الطباعة الثلاثية الأبعاد، فبإمكاننا القول إنها عملية تحويل النموذج أو التصميم الرقمي إلى منتج حقيقي ملموس.

وتشير التوقعات إلى أن هذه التقنية قد تضع حدًا للتصنيع التقليدي كما نعرفه، وقد تُحدث ثورة في العديد من مجالات حياتنا اليومية، وذلك بسبب اختلافها اختلافًا جذريًا عن أي تقنيات تصنيع تقليدية أخرى موجودة.

فبعد أن كانت تكلفة امتلاك طابعة ثلاثية الأبعاد في الثمانينيات تزيد على 300 ألف دولار (مليون دولار في الوقت الحالي)، فإن التقنية أصبحت في متناول الشركات الصغيرة وحتى الأفراد، مما سمح لها بتجاوز مسألة كونها عملية لتصنيع النماذج الأولية.

GettyImages-546262583 Shoe created in 3D printer - stock illustration Womans shoe created in 3D printer. Digitally generated image.
التقنية تتيح إنشاء منتجات مصممة خصيصا لمتطلبات المستهلكين، ومنها الأحذية المطبوعة (غيتي إيميجز)
تطور الطباعة الثلاثية الأبعاد
ظهرت عام 1981 أول براءة اختراع بارزة ترتبط بفكرة الطباعة الثلاثية الأبعاد، وحملت عنوان "جهاز النماذج الأولية السريعة"، بينما صاغ تشاك هال مصطلح "الطباعة الحجرية المجسمة" (SLA) عام 1984 من خلال تقدمه بطلب للحصول على براءة اختراع مُنحت له عام 1986.

ويصف المصطلح تقنية تعنى بإنشاء الأجسام الثلاثية الأبعاد، من خلال مادة سائلة تتماسك عند ملامستها ضوء الليزر.

ومثلت "الطباعة الحجرية المجسمة" (SLA) الجيل الأول من تقنية الطباعة الثلاثية الأبعاد، والمستخدمة على نطاق واسع حاليا، لكنها لم تكن التقنية الوحيدة قيد التطوير في ذلك الوقت.

فقد سجل كارل ديكارد عام 1987 براءة اختراع لعملية "التلبيد الانتقائي بالليزر" (SLS)، بينما قدّم سكوت كرامب عام 1989 براءة اختراع لعملية "نمذجة الترسيب المنصهر" (FDM)، كما ظهرت أيضًا تقنيات وعمليات أخرى في الطباعة الثلاثية الأبعاد خلال السنوات اللاحقة.

تطبيقات الطباعة الثلاثية الأبعاد
وتستفيد العديد من الأسواق الصناعية من الطباعة الثلاثية الأبعاد، وذلك في مجالات منها:

الطب وطب الأسنان:
نجح العلماء عام 2000 بطباعة كلية بشرية، بينما شهد عام 2008 طباعة أطراف صناعية دون الحاجة إلى أي تجميع إضافي، في حين حصلت عملية طباعة أول فك صناعي عام 2012.

وتستخدم التقنية ذاتها في صنع تيجان الأسنان والجسور، كما تُنتج غالبية أدوات التقويم الشفافة حاليًا باستخدامها، حيث أنتجت شركة "إنفزلاين" (Invisalign) عام 2019 أكثر من نصف مليون قطعة فريدة يوميًا.

وتعدّ التقنية مثالية لإنشاء أو تحسين التصميمات للأجهزة الطبية، ويمكن استخدامها لإنشاء أجهزة تقويم العظام والأطراف الاصطناعية المخصصة.

ولجأت العديد من الشركات إلى استخدام الطباعة الثلاثية الأبعاد لإنتاج الإمدادات الطبية اللازمة أثناء الجائحة العالمية لفيروس كورونا (COVID-19)، مثل دروع وأقنعة الوجه وأجهزة التنفس.

GettyImages-1365815463 Close-Up Of Cup On 3D Printer - stock photo
التقنية تتيح تحويل الأفكار والصور إلى عناصر مادية وهو ما يستفيد منه الطلاب والمخترعون (غيتي إيميجز)
السلع الاستهلاكية:
تساعد التقنية في تسريع عملية إطلاق المنتجات الجديدة، من خلال تصميمها وتطويرها واختبارها في إطار زمني قصير، ومن الأمثلة على ذلك شركة "بيبسيكو" (PepsiCo) التي طورت عام 2015 عدة نماذج أولية لعلامتها التجارية "رافلز" (Ruffles)، حيث اختبرت الأحجام والنكهات مع المستهلكين لتحديد النوع المفضل.

وتتيح التقنية إنشاء منتجات مصممة خصيصًا لمتطلبات المستهلكين، بما في ذلك الأحذية المطبوعة بشكل ثلاثي الأبعاد، التي اكتسبت شهرة سريعة بفضل تصميماتها وميزاتها القابلة للتخصيص.

وقدمت شركة "أديداس" (Adidas) عام 2015 حذاءها المطبوع الأول المسمى "فيوتشر كرافت ثري دي" (Futurecraft 3D)، وواصلت هذا النهج مع حذاء "فيوتشر كرافت فور دي" (Futurecraft 4D).

كما استخدمت شركة "نايكي" (Nike) التقنية لنمذجة وتصنيع حذاء كرة القدم للاعبي كرة القدم الأميركية.

الفضاء:
دخلت تقنية الطباعة الثلاثية الأبعاد ضمن مجالات عديدة، مثل تصنيع محركات الصواريخ وقطع غيار المركبات، حيث تتيح للمهندسين ابتكار وتصميم أجزاء الصواريخ وتصنيعها في إطار زمني أقصر.

وبدأت وكالة الفضاء الأميركية "ناسا" (NASA) منذ 30 عاما في استخدام التصنيع الإضافي للنماذج الأولية السريعة البلاستيكية، قبل بناء الأجزاء المكلفة المعدنية، حيث تسمح التقنية للوكالة ببناء مكونات أكبر في المدار باستخدام المواد الموجودة في تلك المواقع.

وتتم دراسة الطباعة الثلاثية الأبعاد كتقنية لبناء موائل خارج كوكب الأرض، حيث يتمحور مشروع "سينترهاب" (SinterHab) حول قاعدة قمرية مبنية عبر الطباعة الثلاثية الأبعاد باستخدام الغبار القمري مادة أساسية.