الطباعة ثلاثية الأبعاد.. تقنية تُغير شكل المستقبل!

الطباعة ثلاثية الأبعاد.. هى أحد أشكال تكنولوجيا التصنيع، حيث يتم تكوين جسم ثلاثي الأبعاد بوضع طبقات رقيقة متتالية من مادة ما فوق بعضها البعض، والطابعات ثلاثية الأبعاد في العادة أسرع وأوفر وأسهل في الاستعمال من التكنولوجيات الأخرى للتصنيع .
وتتيح الطابعات ثلاثية الأبعاد للمطورين القدرة على طباعة أجزاء متداخلة معقدة التركيب، كما يمكن صناعة أجزاء من مواد مختلفة وبمواصفات ميكانيكية وفيزيائية مختلفة ثم تركيبها مع بعضها البعض، فالتكنولوجيات المتقدمة للطباعة ثلاثية الأبعاد تنتج نماذج تشابه كثيراً منظر وملمس ووظيفة النموذج الأولي للمنتج.
وفي السنوات الأخيرة، أصبح من الممكن تطبيق الطباعة ثلاثية الأبعاد على مستوى المشروعات الصغيرة، لمتوسطة، ويتم إنشاء التصميم الافتراضي بواسطة برامج التصميم باستعمال الحاسوب (CAD)، وذلك بتكوين نموذج رقمي للمجسم الثلاثي الأبعاد في حال تصميم منتج جديد، أو باستعمال ماسح ثلاثي الأبعاد في حال المنتج الموجود فعلا، والماسح الثلاثي الأبعاد هو جهاز يقوم بعمل نسخة رقمية ثلاثية الأبعاد للمجسم الموجود.
وحديثا بدأت الشركات الكبرى لتكنولوجيا المعلومات مثل ميكروسوفت وجوجول بتعزيز أجهزتها بإمكانيات الماسح الثلاثي الأبعاد، مما يوحي بأن الأجيال القادمة من أجهزة الاتصال الشخصية النقالة ستحمل هذه التكنولوجيا، وقريبا ستصبح عملية تحويل مجسم إلى نموذج رقمي ثلاثي الأبعاد بنفس سهولة أخذ صورة ضوئية بالهاتف المحمول، ويقدم “محيط” أبرز الابتكارات بالتقنية ثلاثية الأبعاد:
أول مبنى مطبوع ثلاثي الأبعاد
افتتح الشيخ محمد بن راشد آل مكتوم، حاكم دبي “مكتب المستقبل” أول مبنى مطبوع ومعد للاستخدام بتقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد على مستوى العالم، والذي يشكل المبنى المؤقت لمؤسسة دبي للمستقبل، ويقع في حرم أبراج الإمارات.

ويعتبر المبنى الأول من نوعه على مستوى العالم من ناحية كونه معدا للاستخدام العملي، حيث تمت مراعاة التكامل بين تصميم المبنى وطباعته من جهة وتوفير الخدمات الرئيسية ضمن المبنى مثل الكهرباء والمياه والاتصالات والتكييف من جهة أخرى.
وقال الشيخ محمد إن هذا الافتتاح يأتي بعد أقل من شهر من إطلاق استراتيجية دبي للطباعة ثلاثية الأبعاد، مشيراً الى أن هذا المشروع هو دراسة حالة تستفيد منها الجهات التنظيمية والشركات المطورة ومراكز البحث والتطوير إقليميا وعالميا في كيفية تطبيق تكنولوجيا الطباعة ثلاثية الأبعاد على أرض الواقع، بحسب ما ذكرت وكالة أنباء الإمارات.
وتصل مساحة المكتب إلى 250 مترا مربعا ويعكس تصميمه الخارجي أحدث الأشكال المبتكرة لبيئة العمل المستقبيلة. وقد تم استخدام مزيج من الاسمنت ومجموعة من المواد الخاصة التي تصميمها بين الإمارات والولايات المتحدة وخضعت لمجموعة من الاختبارات في كل من الصين والمملكة المتحدة.
وتم استخدام طابعة بارتفاع 20 قدما وطول 120 قدما وعرض 40 قدما.. كما تم استخدم ذراع آلي “روبوت” لتنفيذ عمليات الطباعة .
وفيما يخص الأيدي العاملة فقد تطلبت عملية الطباعة عاملا واحدا لمراقبة سير عمل الطابعة إضافة إلى فريق عمل مكون من 7 أشخاص لتركيب مكونات المبنى في الموقع.
يذكر أن البناء الكلي استنفذ 17 يوما فقط للطباعة وذلك بعد اعتماد التصاميم الداخلية والخارجية وتم تركيبه في الموقع خلال يومين، ليكون بالتالي أسرع من أساليب البناء التقليدي لمكاتب الفئة الأولى في هكذا المشروع المبتكر.
إنتاج أول حذاء بالتقنيات ثلاثية الأبعاد
تتنافس الشركات الرائدة في صناعة الأحذية وفي مقدمتها “Under Armour”و”أديداس” و”نايك” في إنتاج حذاء جديد باستخدام الطابعة الثلاثية الأبعاد.

وتمكنت شركة “Under Armour” من إطلاق أول حذاء جرى تصنيعه بالتقنيات ثلاثية الأبعاد في ماراثون بوسطن الذي نظم في الأسبوع الماضي، حيث يتميز الحذاء الجديد بكونه مريحا في الحركة وسهلا في انتعاله، فضلا عن المواد المتطورة المصنوع منها والتي تحافظ على الأقدام.
وسبق لشركة “أديداس” وأن كشفت عن أول حذاء مخصص للركض، باستخدام الطباعة ثلاثية الأبعاد، ونشرت أول نموذج له باسم Futurecraft 3D، والذى يناسب جميع الأذواق، فيما تعمل الشركة بشكل مستمر على تطور إنجازاتها فى مجال تكنولوجيا الطباعة 3D، طبقا لما ورد بموقع “روسيا اليوم”.
هذا وتعد الاختبارات الجديدة خطوة على طريق المستقبل في حقل التصنيع باستخدام التقنيات ثلاثية الأبعاد، ولا سيما على ضوء انتشار الطباعة الثلاثية الأبعاد في الآونة الأخيرة، واقتحامها جملة من المجالات كصناعة الملابس والإكسسوارات.
استخدام الطباعة الثلاثية الأبعاد في تصنيع الأدوية
وفي مجال الطب، توصل فريق من الباحثين إلى تحقيق انجاز علمي بالاستعانة بالطباعة الثلاثية الأبعاد لاستخدام الخلايا الجذعية من أجل تكوين أنسجة شبه حية، ومن ثم تصنيع أعضاء متوافقة تماما مع أي مريض. وهذا بدوره سيفسح المجال لإمكانية تخليق عينات من الأنسجة بغية استعمالها في التجارب دون الحاجة لاستعمال حيوانات التجارب.

فالطابعة الثلاثية الأبعاد تتيح حرية منقطعة النظير في تصميم وإنتاج أجزاء خفيفة الوزن وغاية في التعقيد في مجال زراعة واعادة بناء الأسنان، والأحذية الطبية المتوافقة مع طبيعة القدم، والأطراف الصناعية، والمفاصل وغيرها الكثير.
وسيتم استخدام الطباعة الثلاثية الأبعاد في تصنيع الأدوية الفريدة والنادرة. كما ستسهم هذه الطباعة الثلاثية الأبعاد في طباعة الأنسجة الحية. ومن المتوقع أن يشهد العالم في السنوات القادمة قلبا صناعيا يعمل بشكل صحيح دون رفض الجسم له. ويحاول العلماء تطوير هذا القلب الصناعي من خلال الطباعة الثلاثية الأبعاد وباستخدام خلايا الجسم البشري.
وفي الآونة الأخيرة، قام الباحثون في مجال الطب باستخدام الطباعة الثلاثية الأبعاد في علاج تهتك الأعصاب الناتج عن اصابات الحوادث، وذلك بتصنيع قنوات التوجيه العصبية، وهي عبارة عن اسطوانات مصنوعة من مواد حيوية متوافقة لتحفيز العصب على النمو.
الأطراف والأعضاء البشرية في متناول الجيب!
هل نصل يوماً إلى مرحلة تختفي فيها التشوهات والإعاقات والحاجة إلى وهب الأعضاء من أجل تحسين أو إنقاذ الأرواح؟ ممكن جداً، لا سيما أن العديد من الشركات باتت تستخدم الطباعة الثلاثية الأبعاد لتصميم الأطراف الاصطناعية بأقل كلفة ممكنة. ومن بين هذه الشركات، Limitless Solution، وهي منظمة غير ربحية تسمح باستخدام برمجيات الطباعة الثلاثية الأبعاد المفتوحة المصدر لتصميم أيدٍ وأذرع مقابل نحو 350 دولاراً فقط. كما يتمّ العمل حالياً على تطوير هذه التكنولوجيا لمزج الأطراف الإلكترونية المطبوعة بتقنية ثلاثية الأبعاد من الخلايا البشرية، لاستعادة حاسة اللمس ومساعدة مرضى الشلل ومن يعانون من اضطرابات العضلات.

وبدأ استخدام هذه التكنولوجيا لطباعة الركبة والورك والأذن، أو حتى الأعضاء البشرية التي تُستخدم في جامعات الطب والعمليات الجراحية، من أجل دقة أكبر وتوفيراً للوقت. لكن طباعة الأعضاء اليوم تطوّرت، إذ تجري العديد من الدراسات والاختبارات على صمامات القلب والكلى. وما زالت هذه التقنية مكلفة إلا أنها مع زيادة “الإنتاجية” قد تصبح أوفر من تقنيات طبية أخرى. فعلى سبيل المثال، قد تصل كلفة الكلية المصنعة إلى 100 ألف دولار في حين كلفة غسيل الكلى تبلغ 250 ألف دولار سنوياً.
قطع سيارتك أو ألعابك أو منزلك... من تصميمك!
وعلى الرغم من أن هذه التكنولوجيا تطرح العديد من التساؤلات حول حقوق الملكية، فستُحدث تغييرات كبيرة في عالم التصنيع. فقد باتت الطابعات الثلاثية الأبعاد المتوفرة مقابل مبالغ مقبولة، توفّر لك فرصة طباعة كل أشياء الحياة اليومية، من الحذاء إلى قطع غيار سيارتك ضمن قوالب مصممة مسبقاً ومتوفرة على الانترنت.

حتى أن بعض شركات الألعاب العملاقة كMattel، أدخلت طابعة ثلاثية الأبعاد ضمن ألعابها مقابل 300 دولار، في خطوة لإطلاق العنان لإبداع الأطفال ليبتكروا ويصمموا ألعابهم الخاصة.
أما قطع غيار السيارات أو الطائرات، فلم تعد من عالم الخيال، إذ أن شركات مثل “Boeing” و“BMW” بدأت باستخدام القطع المطبوعة بتقنية ثلاثية الأبعاد في التصنيع. وسيساهم ذلك في تقليص الكلفة وتحسين سلامة السيارات، بفضل استخدام المواد الأكثر صلابة ومتانة. وذكرنا سابقاً أن طباعة المباني والمنازل الثلاثية الأبعاد باتت متوفرة، وهي تساهم بشكل كبير في تقليص انبعاثات غازات الدفيئة والحد من التلوث.
الطباعة ثلاثية الأبعاد تقدم يدا اصطناعية لطفل
قام علماء بصناعة يد اصطناعية “خارقة” باستخدام الطباعة ثلاثية الأبعاد، وتركيبها لطفل في السادسة من عمره، عانى بعد ولادته من تشوه في يده اليمني نتيجة عاهة خلقية وراثية نادرة.

وأوضحت أستاذة الهندسة الحيوية بجامعة لويزفيل، جينا بيرتوتشي، إن هذه اليد هي الأولى التي ينتجها المعهد لطفل، ومن المنتظر إنتاج المزيد منها.
واعتبرت أن اليد “خارقة”، نظرا للتقنية التي صنعت بها، التي قللت بقدر كبير من تكلفة التصنيع، كما أن اللدائن المستخدمة بها مشابهة لتلك المستخدمة في صناعة ألعاب الأطفال مثل الليغو، مما يسمح بإنتاجها بمختلف الألوان، طبقاً لما ورد بموقع “سكاي نيوز العربية”.
وفور تركيب اليد المكونة من اللدائن والجلد والأسلاك، تمكن الطفل من الإمساك بكرة وتوجه للمدرسة وصافح زملاءه وتمكن من العزف على بعض الآلات الموسيقية، وفق ما ذكرت وكالة رويترز.
وتستخدم الطباعة ثلاثية الأبعاد في مجال الرعاية الصحية، إذ يلجأ أطباء الأسنان للطابعات ثلاثية الأبعاد لعمل نماذج من الفكين والأسنان، بالإضافة إلى بعض أنسجة الأسنان التي يتم زراعتها.
ابتكار طابعة ثلاثية الأبعاد للخلايا الجذعية
قالت شركة نانو دايمنشن للطابعات ثلاثية الأبعاد، أمس الأربعاء، إنها اختبرت بنجاح طابعة حيوية ثلاثية الأبعاد للخلايا الجذعية بما يمهد لإمكانية طباعة الأنسجة الكبيرة والأعضاء.

وفى حين تستخدم الطابعات ثلاثية الأبعاد بالفعل فى تخليق الخلايا الجذعية للأغراض البحثية، تقول نانو دايمنشن: “إن التجربة التى أجريت بالتعاون مع شركة التكنولوجيا الحيوية أكسيلتا تظهر أن طابعتها المعدلة قادرة على الإنتاج السريع لكميات كبيرة من الخلايا عالية الوضوح”.
وقالت الشركتان: “الطباعة الحيوية ثلاثية الأبعاد التى تتيحها تقنيات الشركتين تعطى نانو دايمنشن وأكسيلتا القدرة على تسريع التصنيع عالى الوضوح والجودة لمنتجات خلوية حية”، طبقا لما ورد بوكالة “رويترز”.
وأضافت الشركتان: “تكنولوجيا أكسيلتا قادرة على توفير كميات كبيرة من الخلايا عالية الجودة التى قد تسمح حتى بطباعة أنسجة كبيرة ومعقدة وأعضاء.”
وبحسب شركة آى.دى.تك إكس لأبحاث السوق فيمكن استخدام تلك التكنولوجيا فى الاكتشاف والاختبار ما قبل السريرى للعقاقير، واختبار سلامة مستحضرات التجميل وفحوصات السموم وطباعة الأنسجة ورقائق زرع الخلايا بالموائع الدقيقة.
وقال أميت درور، الرئيس التنفيذى لنانو دايمنشن، إن الشركتين تستطيعان عن طريق المزج بين قدرات الطباعة السريعة لنانو دايمنشن وتقنيات زراعة الخلايا الجذعية لأكسيلتا “إتاحة الطباعة ثلاثية الأبعاد بدقة عالية وأحجام كبيرة”.
وقالت الشركتان إنهما ستدرسان إقامة كيان جديد لكنهما لا تنويان ضخ استثمارات كبيرة بشكل مباشر، لتوسعة هذا النشاط بل ستجمعان التمويل بشكل منفصل لصالح الكيان المشترك.