كيف تختلف تقنيات SLA وSLS وFDM من حيث الدقة وقوة الأجزاء؟
من منظور الهندسة والتصنيع، يتطلب اختيار تقنية التصنيع الإضافي المناسبة فهمًا أساسيًا للمفاضلات بين الدقة والقوة الميكانيكية والتطبيق الوظيفي. تعمل تقنيات SLA (الاستريوليثوغرافيا)، وSLS (الانتقاء بالليزر للصهر)، وFDM (النمذجة بالترسيب المنصهر) وفق مبادئ مختلفة تمامًا، مما يؤدي إلى اختلافات كبيرة في خصائص الأجزاء الناتجة. لا يوجد خيار واحد مثالي لكل الحالات، بل يعتمد الاختيار الأمثل على الوظيفة المقصودة للجزء، سواء كان نموذجًا بصريًا عالي التفاصيل، أو مكوّنًا وظيفيًا تحت غطاء المحرك، أو أداة تثبيت (Jig/Fixture) قوية للاستخدام في خط الإنتاج.
الدقة البُعدية وتشطيب السطح
SLA (الاستريوليثوغرافيا): توفر SLA عادةً أعلى دقة بُعدية وأفضل تشطيب سطحي بين التقنيات الثلاث. فهي تستخدم ليزرًا لمعالجة راتنج فوتوبوليمر سائل بشكل طبقي، ما ينتج عنه دقة عالية جدًا في التفاصيل (غالبًا حتى 25–100 ميكرون) وأسطح ناعمة للغاية. وهذا يجعلها مثالية في الطباعة ثلاثية الأبعاد بتقنية SLA للأجزاء التي تتطلب تفاوتات ضيقة ومظهرًا تجميليًا مميزًا، مثل النماذج التفصيلية، والنماذج الرئيسية المستخدَمة في القولبة السريعة، والنماذج البصرية المعقدة.
SLS (الانتقاء بالليزر للصهر): تقدم SLS دقة جيدة، وإن كانت عادةً أقل من SLA. إذ يقوم الليزر بدمج مسحوق البوليمر، وغالبًا ما يكون نايلون (PA12)، بينما يعمل المسحوق غير المنصهر المحيط بالجزء كدعامات طبيعية أثناء البناء، ما يسمح بتحقيق هندسات معقدة للغاية. ومع ذلك، يمكن أن ينتج عن العملية سطح حبيبي غير لامع بسبب بقايا جزيئات المسحوق. وتُعد الأجزاء المطبوعة بتقنية SLS ممتازة للنماذج الوظيفية والتجميعات المعقدة حيث تُعد القدرة على الطباعة دون دعامات ميزة رئيسية.
FDM (النمذجة بالترسيب المنصهر): تكون FDM عادةً الأقل دقة من بين التقنيات الثلاث فيما يتعلق بالتفاصيل الدقيقة. فهي تعمل عن طريق بثق خيط من اللدائن الحرارية عبر فوهة ساخنة، وبناء الجزء في طبقات مرئية. يحد الالتصاق بين الطبقات وقطر الفوهة من أصغر حجم ممكن للتفاصيل، ويؤدي إلى تأثير "التدرّج الطبقي" على الأسطح المنحنية. وعلى الرغم من أن حلول الطباعة ثلاثية الأبعاد بتقنية FDM متاحة على نطاق واسع، فإن الدقة فيها تعتمد بشدة على معايرة الطابعة، وقطر الفوهة، وإعدادات ارتفاع الطبقة.
القوة الميكانيكية وخصائص المواد
SLS (الانتقاء بالليزر للصهر): تنتج SLS أقوى الأجزاء وأكثرها متانة للتطبيقات الوظيفية. تكون الأجزاء الناتجة عالية الكثافة وذات خصائص ميكانيكية متقاربة في جميع الاتجاهات (Isotropic)، لأنها مكوّنة من مسحوق مندمج بالكامل. توفر مواد مثل نايلون PA12 متانة ممتازة، ومقاومة جيدة للإجهاد المتكرر، ومقاومة كيميائية متوسطة، مما يجعل الطباعة ثلاثية الأبعاد بتقنية SLS خيارًا مناسبًا للأجزاء النهائية، والنماذج الوظيفية المتطلبة، والأغلفة في مجالات مثل السيارات والمعدات الصناعية.
FDM (النمذجة بالترسيب المنصهر): تكون قوة الأجزاء المنتَجة بتقنية FDM لا متجانسة الاتجاه (Anisotropic). فهي تكون أقوى في مستوى طبقة البناء (محور X-Y)، لكنها أضعف بشكل ملحوظ بين الطبقات (محور Z) بسبب احتمالية حدوث انفصال أو delamination. وعلى الرغم من توفر لدائن حرارية هندسية مثل ABS والبولي كربونات (PC) والنايلون (PA)، فإن الطبيعة الطبقية للبناء تبقى نقطة ضعف بنيوية. تُعد FDM الأنسب للاختبارات الوظيفية الأولية الخشنة، والجيكات والفيكستشرات، والأجزاء التي يمكن التحكم في اتجاه الأحمال الميكانيكية عليها.
SLA (الاستريوليثوغرافيا): عادةً ما تكون راتنجات SLA فوتوبوليمرية تصبح هشة نسبيًا عند المعالجة مقارنةً بنايلون SLS أو لدائن FDM الحرارية. فهي عرضة للتشقق تحت الإجهاد الميكانيكي أو عند التعرض المطول للأشعة فوق البنفسجية والرطوبة. وعلى الرغم من وجود تركيبات "متينة" و"قوية" من الراتنجات تحاكي خصائص ABS أو PP، إلا أنها تفتقر بشكل عام إلى مقاومة الإجهاد المتكرر ومتانة اللدائن الحرارية الحقيقية على المدى الطويل. لذلك تُعد أجزاء SLA ممتازة للتحقق من الشكل والتركيب (Form & Fit)، لكنها أقل ملاءمة للاختبارات الوظيفية ذات الأحمال العالية.
إرشادات هندسية لاختيار التقنية المناسبة
اختر SLA للنماذج عالية الدقة: عندما تكون المتطلبات الأساسية هي الدقة البُعدية العالية، والتفاصيل الدقيقة، وتشطيب السطح الناعم للنماذج البصرية، وقطع العرض التقديمي، أو نماذج أولية للتحقق من الشكل والتركيب.
اختر SLS للأجزاء المعقدة الوظيفية: عندما تحتاج إلى أجزاء قوية ومتينة وذات خصائص متساوية تقريبًا في جميع الاتجاهات، وقادرة على تحمل الاختبارات الوظيفية، والوصلات المرنة (Snap-Fits)، والهندسات المغلقة والمعقدة دون الحاجة إلى دعامات أثناء الطباعة.
استخدم FDM للأجزاء كبيرة الحجم وذات التكلفة المنخفضة: للأجزاء الكبيرة منخفضة العدد، والنماذج الوظيفية البسيطة التي يمكن قبول القوة فيها على نحو غير متجانس الاتجاه، ولاستخدامها في النمذجة السريعة منخفضة التكلفة للنماذج المفاهيمية.
فكّر في التصنيع الهجين: للحصول على أفضل أداء ممكن، يمكن استخدام الطباعة ثلاثية الأبعاد للنماذج الأولية أولًا ثم الانتقال إلى تشغيل CNC من أجل الأجزاء الإنتاجية النهائية لتحقيق خصائص مواد متفوقة ودقة مضمونة، أو استخدام الطباعة ثلاثية الأبعاد لتصنيع الجيكات والفيكستشرات المخصصة المستخدمة في عملية التصنيع نفسها.
