الطباعة ثلاثية الأبعاد

وصف موراي لينستر المفهوم العام والإجراء المتبع في الطباعة ثلاثية الأبعاد لأول مرة في قصته القصيرة "الأشياء تمر" عام 1945: "لكن هذا الجهاز فعال ومرن في آن واحد. أقوم بتغذية هذا الذراع المتحرك بالبلاستيك المغناطيسي - المادة التي تُصنع منها المنازل والسفن اليوم. يرسم الجهاز رسومات في الهواء باتباع رسومات يمسحها ضوئيًا بواسطة خلايا ضوئية. لكن البلاستيك يخرج من نهاية ذراع الرسم ويتصلب أثناء خروجه... باتباع الرسومات فقط". ^{[ 13 ]}

وقد وصفه ريموند ف. جونز أيضاً في قصته "أدوات المهنة"، التي نُشرت في عدد نوفمبر 1950 من مجلة "أستاوندينغ ساينس فيكشن" . وأشار إليه في تلك القصة باسم "الرذاذ الجزيئي".

في 27 يوليو 1971، حصل يوهانس إف غوتوالد على براءة الاختراع الأمريكية رقم 3596285A لجهاز "مسجل المعدن السائل"، وذلك بعد أن تقدم بطلب في 11 يوليو 1969 ^{[ 14 ]} لبراءة اختراع جهاز طباعة نافثة للحبر مستمر للمواد المعدنية، يُستخدم لتشكيل هيكل معدني قابل للإزالة على سطح قابل لإعادة الاستخدام، إما للاستخدام الفوري أو لإعادة صهره وطباعته مرة أخرى. ويبدو أن هذه أول براءة اختراع تصف الطباعة ثلاثية الأبعاد مع النماذج الأولية السريعة والتصنيع المُتحكم به حسب الطلب للأنماط.

تنص براءة الاختراع على ما يلي:

لا يُقصد بمصطلح "الطباعة" هنا معناه المحدود، بل يشمل الكتابة أو أي رموز أو أحرف أو أنماط أخرى باستخدام الحبر. ويشمل مصطلح "الحبر" هنا ليس فقط المواد التي تحتوي على صبغة أو مادة ملونة، بل أي مادة سائلة أو تركيبة مناسبة للتطبيق على الأسطح لتشكيل رموز أو أحرف أو أنماط ذكية عن طريق الوسم. يُفضل استخدام حبر من النوع المنصهر بالحرارة. ولا يُعرف حاليًا نطاق تركيبات الحبر المتوفرة تجاريًا والتي يمكن أن تلبي متطلبات هذا الاختراع. ومع ذلك، فقد تم تحقيق طباعة مرضية وفقًا لهذا الاختراع باستخدام سبيكة معدنية موصلة كحبر.

لكن من حيث متطلبات المواد لمثل هذه الشاشات الكبيرة والمستمرة، إذا تم استهلاكها بالمعدلات المعروفة سابقًا، ولكن زادت بما يتناسب مع الزيادة في الحجم، فإن التكلفة العالية ستحد بشدة من أي استمتاع واسع النطاق بعملية أو جهاز يلبي الأهداف المذكورة أعلاه.

وبالتالي، فإن أحد الأهداف الإضافية للاختراع هو تقليل استخدام المواد في عملية من الفئة المشار إليها.

ومن أهداف الاختراع الأخرى استعادة المواد المستخدمة في هذه العملية لإعادة استخدامها.

وفقًا لجانب آخر من الاختراع، فإن مجموعة الكتابة وما شابه ذلك تتضمن حاملًا لعرض نمط ذكي وترتيبًا لإزالة النمط من الحامل.

في عام 1974، طرح ديفيد إي إتش جونز مفهوم الطباعة ثلاثية الأبعاد في عموده المنتظم أريادني في مجلة نيو ساينتست . ^{[ 15 ] [ 16 ]}

تم تطوير معدات ومواد التصنيع الإضافي المبكرة في ثمانينيات القرن العشرين. ^{[ 17 ]}

في أبريل 1980، ابتكر هيديو كوداما، من معهد ناغويا للأبحاث الصناعية، طريقتين إضافيتين لتصنيع نماذج بلاستيكية ثلاثية الأبعاد باستخدام بوليمر حراري متصلب ضوئيًا ، حيث يتم التحكم في منطقة التعرض للأشعة فوق البنفسجية بواسطة نمط قناع أو جهاز إرسال ألياف ضوئية ماسحة. ^{[ 18 ]} وقدّم طلب براءة اختراع لجهاز الرسم XYZ هذا، ونُشرت في 10 نوفمبر 1981 (JP S56-144478). ^{[ 19 ]} ونُشرت نتائج أبحاثه في أوراق بحثية في أبريل ونوفمبر 1981. ^{[ 20 ] [ 21 ]} إلا أن سلسلة منشوراته لم تلقَ أي صدى. لم يحظَ جهازه بتقييم عالٍ في المختبر، ولم يُبدِ رئيسه أي اهتمام. كانت ميزانية أبحاثه 60,000 ين ياباني فقط، أي ما يعادل 545 دولارًا أمريكيًا سنويًا. لذا، تم التخلي عن الحصول على حقوق براءة اختراع جهاز الرسم XYZ، وأُنهي المشروع.

براءة اختراع أمريكية رقم 4323756، طريقة تصنيع المواد عن طريق الترسيب المتسلسل ، مُنحت في 6 أبريل 1982 لشركة Raytheon Technologies Corp، تصف استخدام مئات أو آلاف "الطبقات" من مسحوق المعدن ومصدر طاقة الليزر، وتمثل مرجعًا مبكرًا لتشكيل "الطبقات" وتصنيع المواد على الركيزة.

في 2 يوليو 1984، قدّم رجل الأعمال الأمريكي بيل ماسترز طلب براءة اختراع لعملية ونظام التصنيع الآلي المحوسب ( US 4665492 ). ^{[ 22 ]} يُعدّ هذا الطلب أول براءة اختراع للطباعة ثلاثية الأبعاد في التاريخ، وهو مسجل لدى مكتب براءات الاختراع والعلامات التجارية الأمريكي (USPTO ). وكانت هذه البراءة الأولى من بين ثلاث براءات اختراع تعود لماسترز، والتي أرست الأساس لأنظمة الطباعة ثلاثية الأبعاد المستخدمة اليوم. ^{[ 23 ] [ 24 ]}

في 16 يوليو 1984، قدّم آلان لو ميهوتيه ، وأوليفييه دي ويت، وجان كلود أندريه طلب براءة اختراع لعملية الطباعة المجسمة الضوئية . ^{[ 25 ]} تخلّت شركة جنرال إلكتريك الفرنسية (ألكاتيل-ألستوم حاليًا) وشركة سيلاس (اتحاد الليزر) عن طلب المخترعين الفرنسيين . ^{[ 26 ]} وكان السبب المعلن هو "انعدام الجدوى الاقتصادية". ^{[ 27 ]}

في عام 1983، أسس روبرت هوارد شركة RH Research (التي سُميت لاحقًا Howtek, Inc. في فبراير 1984) لتطوير طابعة Pixelmaster، وهي طابعة ثنائية الأبعاد ملونة تعمل بتقنية نفث الحبر باستخدام حبر بلاستيكي حراري (يذوب بالحرارة)، والتي طُرحت في الأسواق عام 1986. ^{[ 28 ]} شُكّل فريقٌ ضمّ ستة أعضاء ^{[ 28 ]} من شركة Exxon Office Systems، قسم Danbury Systems، وهي شركة ناشئة متخصصة في طابعات نفث الحبر، بالإضافة إلى بعض أعضاء مجموعة Howtek, Inc. الذين أصبحوا شخصيات بارزة في صناعة الطباعة ثلاثية الأبعاد. كان من بين أعضاء Howtek ريتشارد هيلينسكي، صاحب براءة الاختراع US5136515A ("طريقة ووسائل بناء أجسام ثلاثية الأبعاد عن طريق ترسيب الجسيمات"، تاريخ تقديم الطلب 7 نوفمبر 1989، تاريخ منح البراءة 4 أغسطس 1992). أسس هيلينسكي شركة CAD-Cast, Inc. (التي أُعيد تسميتها لاحقًا إلى Visual Impact Corporation (VIC) في 22 أغسطس 1991)، وهي شركة مقرها نيو هامبشاير. يتوفر نموذج أولي لطابعة VIC ثلاثية الأبعاد من الشركة مع عرض فيديو يُظهر نموذجًا ثلاثي الأبعاد مطبوعًا باستخدام طابعة نفث الحبر أحادية الفوهة. أسس موظف آخر، هربرت مينينيت، شركة HM Research في نيو هامبشاير عام ١٩٩١، وقدم تقنية نفث الحبر والمواد البلاستيكية الحرارية من Howtek, Inc إلى رويدن ساندرز من SDI وبيل ماسترز من Ballistic Particle Manufacturing (BPM)، حيث عمل لسنوات عديدة. تستخدم طابعات BPM ثلاثية الأبعاد وطابعات SPI ثلاثية الأبعاد طابعات نفث الحبر والمواد من Howtek, Inc. عمل جيمس ك. مكماهون، الذي وظفته Howtek, Inc للمساعدة في تطوير طابعة نفث الحبر، لاحقًا في Sanders Prototype، ويدير الآن Layer Grown Model Technology، وهي شركة متخصصة في خدمات الطباعة ثلاثية الأبعاد، وتحديدًا في دعم طابعات Howtek أحادية الفوهة وطابعات SDI. عمل ماكماهون مع ستيفن زولتان، مخترع طابعة الحبر النفاثة عند الطلب عام 1972 في شركة إكسون، والحائز على براءة اختراع عام 1978 ساهمت في تطوير فهم تصميم طابعات الحبر النفاثة أحادية الفوهة (نفثات ألفا)، للمساعدة في تطوير طابعات الحبر النفاثة بالذوبان الساخن من شركة هاوتك. تحظى تقنية هاوتك لللدائن الحرارية بالذوبان الساخن بشعبية واسعة في صب المعادن الاستثماري، وخاصة في صناعة طباعة المجوهرات ثلاثية الأبعاد. ^{[ 29 ]} حصل رويدن ساندرز على ترخيص براءة اختراع هيلينسكي قبل تصنيع جهاز موديل ميكر 6 برو في شركة ساندرز بروتوتايب (SPI) عام 1993. وكان أول عميل لجهاز موديل ميكر 6 برو هو شركة هيتشنر كوربوريشن، قسم تكنولوجيا صب المعادن، في ميلفورد، نيو هامبشاير، على بُعد ميل واحد من منشأة SDI، وذلك في الفترة ما بين عامي 1993 و1995، حيث كان يقوم بصب مضارب الجولف وقطع غيار محركات السيارات.

في 8 أغسطس 1984، تم تقديم طلب براءة اختراع، رقمها US4575330، باسم شركة UVP، ثم نُقلت لاحقًا إلى تشاك هول من شركة 3D Systems ^{[ 30 ].} كانت براءة اختراعه الخاصة بنظام تصنيع بتقنية الطباعة المجسمة ، حيث تُضاف طبقات أو صفائح فردية عن طريق معالجة البوليمرات الضوئية باستخدام الإشعاع الساقط، أو قصف الجسيمات، أو التفاعل الكيميائي، أو أشعة الليزر فوق البنفسجية . عرّف هول هذه العملية بأنها "نظام لتوليد أجسام ثلاثية الأبعاد من خلال إنشاء نمط مقطعي للجسم المراد تشكيله". ^{[ 31 ] [ 32 ]} تمثلت مساهمة هول في صيغة ملف STL (الطباعة المجسمة) واستراتيجيات التقطيع الرقمي والتعبئة الشائعة في العديد من العمليات اليوم. في عام 1986، حصل تشارلز "تشاك" هول على براءة اختراع لهذا النظام، وتم تشكيل شركته، شركة أنظمة ثلاثية الأبعاد، وأصدرت أول طابعة ثلاثية الأبعاد تجارية، وهي SLA-1، ^{[ 33 ]} في وقت لاحق من عام 1987 أو 1988.

إن التقنية المستخدمة من قبل معظم طابعات ثلاثية الأبعاد حتى الآن - وخاصة النماذج الموجهة للهواة والمستهلكين - هي نمذجة الترسيب المنصهر ، وهو تطبيق خاص لبثق البلاستيك ، تم تطويره في عام 1988 بواسطة إس. سكوت كرامب وتم تسويقه من قبل شركته ستراتاسيس ، التي سوّقت أول آلة FDM لها في عام 1992. ^{[ 29 ]}

كان امتلاك طابعة ثلاثية الأبعاد في ثمانينيات القرن الماضي يكلف ما يزيد عن 300 ألف دولار (ما يعادل 650 ألف دولار في عام 2016). ^{[ 34 ]}

كانت عمليات التصنيع بالإضافة لتلبيد أو صهر المعادن (مثل التلبيد الانتقائي بالليزر ، والتلبيد المباشر للمعادن بالليزر ، والصهر الانتقائي بالليزر) تُعرف عادةً بأسماء فردية خاصة بها في ثمانينيات وتسعينيات القرن الماضي. في ذلك الوقت، كانت جميع عمليات تشكيل المعادن تُجرى باستخدام عمليات تُعرف الآن باسم عمليات غير إضافية ( الصب ، والتصنيع ، والختم ، والتشغيل الآلي )؛ ورغم تطبيق الكثير من الأتمتة على هذه التقنيات (مثل اللحام الآلي والتحكم الرقمي بالحاسوب )، إلا أن فكرة تحرك أداة أو رأس عبر حيز عمل ثلاثي الأبعاد لتحويل كتلة من المواد الخام إلى الشكل المطلوب باستخدام مسار أداة، كانت مرتبطة في مجال تشكيل المعادن فقط بالعمليات التي تزيل المعدن (بدلاً من إضافته)، مثل الطحن باستخدام التحكم الرقمي بالحاسوب ، والتفريغ الكهربائي باستخدام التحكم الرقمي بالحاسوب ، وغيرها الكثير. ومع ذلك، بدأت التقنيات الآلية التي تضيف المعدن، والتي ستُعرف لاحقًا باسم التصنيع بالإضافة، في تحدي هذا الافتراض. بحلول منتصف التسعينيات، طُوّرت تقنيات جديدة لترسيب المواد في جامعتي ستانفورد وكارنيجي ميلون ، بما في ذلك الصب الدقيق ^{[ 35 ]} والمواد المرشوشة. ^{[ 36 ]} كما أصبحت المواد التضحية والمواد الداعمة أكثر شيوعًا، مما أتاح تصميم أشكال هندسية جديدة للأجسام. ^{[ 37 ]}

يشير مصطلح الطباعة ثلاثية الأبعاد في الأصل إلى عملية طبقة المسحوق التي تستخدم رؤوس طباعة نفث الحبر القياسية والمخصصة ، والتي تم تطويرها في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا بواسطة إيمانويل ساكس في عام 1993 وتم تسويقها من قبل Soligen Technologies و Extrude Hone Corporation و Z Corporation .

شهد عام 1993 أيضًا بداية شركة طابعات ثلاثية الأبعاد تعمل بتقنية نفث الحبر، والتي كانت تُسمى في البداية Sanders Prototype, Inc ثم أصبحت تُسمى Solidscape ، حيث قدمت نظام تصنيع عالي الدقة بتقنية نفث البوليمر مع هياكل دعم قابلة للذوبان (مصنفة كتقنية "نقطة على نقطة"). ^{[ 29 ]}

في عام 1995، طورت جمعية فراونهوفر عملية الصهر الانتقائي بالليزر .

في أوائل العقد الأول من الألفية الثانية، كان استخدام الطابعات ثلاثية الأبعاد مقتصراً إلى حد كبير على قطاعي التصنيع والبحث، نظراً لحداثة هذه التقنية وارتفاع تكلفتها التي حالت دون اقتنائها لدى معظم المستهلكين. وشهد العقد الأول من الألفية الثانية بدء استخدام هذه التقنية على نطاق أوسع في الصناعة، لا سيما في قطاعي الهندسة المعمارية والطب، وإن كان استخدامها يقتصر عادةً على النمذجة والاختبارات ذات الدقة المنخفضة، بدلاً من إنتاج السلع المصنعة الشائعة أو النماذج الأولية المعقدة. ^{[ 38 ]}

في عام 2005، بدأ المستخدمون بتصميم وتوزيع مخططات لطابعات ثلاثية الأبعاد قادرة على طباعة حوالي 70% من أجزائها الخاصة، وقد صمم المخططات الأصلية أدريان بوير في جامعة باث عام 2004، وكان اسم المشروع RepRap (النموذج الأولي السريع المتكرر). ^{[ 39 ]}

وبالمثل، في عام 2006، بدأ إيفان مالون وهود ليبسون مشروع Fab@Home ، وهو مشروع آخر كان هدفه تصميم نظام تصنيع منخفض التكلفة ومفتوح المصدر يمكن للمستخدمين تطويره بأنفسهم ونشر ملاحظاتهم عليه، مما جعل المشروع تعاونيًا للغاية. ^{[ 40 ]}

كانت معظم برامج الطباعة ثلاثية الأبعاد المتاحة للجمهور آنذاك مفتوحة المصدر ، ولذلك انتشرت بسرعة وتطورت بفضل جهود العديد من المستخدمين. في عام ٢٠٠٩، انتهت صلاحية براءات اختراع عملية الطباعة بتقنية الترسيب المنصهر (FDM). وقد فتح هذا الباب أمام موجة جديدة من الشركات الناشئة، التي أسس العديد منها مساهمون بارزون في هذه المبادرات مفتوحة المصدر، وكان هدف الكثير منها البدء في تطوير طابعات ثلاثية الأبعاد تجارية بتقنية FDM تكون في متناول عامة الناس. ^{[ ٤١ ]}

مع تطور عمليات التصنيع الإضافي المختلفة، بات من الواضح أن إزالة المعدن لن تكون قريبًا العملية الوحيدة لتشكيل المعادن التي تتم باستخدام أداة أو رأس يتحرك عبر حيز عمل ثلاثي الأبعاد، محولًا كتلة من المواد الخام إلى الشكل المطلوب طبقة تلو الأخرى. شهد العقد الثاني من الألفية الثانية (2010-2019) أول عقد يتم فيه تصنيع أجزاء معدنية نهائية الاستخدام، مثل دعامات المحرك ^{[ 42 ]} والصواميل الكبيرة ^{[ 43 ]} ، (إما قبل أو بدلًا من التشغيل الآلي) ضمن عمليات الإنتاج، بدلًا من الاقتصار على تشغيلها آليًا من قضبان أو صفائح معدنية. لا تزال عمليات الصب والتصنيع والختم والتشغيل الآلي أكثر شيوعًا من التصنيع الإضافي في مجال تشكيل المعادن، إلا أن التصنيع الإضافي بدأ يحقق تقدمًا ملحوظًا، ومع مزايا التصميم للتصنيع الإضافي ، بات من الواضح للمهندسين أن هناك المزيد في المستقبل.

يُعد قطاع الطيران أحد المجالات التي تُحرز فيها الطباعة ثلاثية الأبعاد تقدماً ملحوظاً. فمع ما يقرب من 3.8 مليار مسافر جواً في عام 2016، ^{[ 44 ]} لم يسبق أن كان الطلب على محركات الطائرات النفاثة الموفرة للوقود وسهلة الإنتاج بهذا القدر. بالنسبة لكبرى الشركات المصنعة للمعدات الأصلية (OEMs) مثل برات آند ويتني (PW) وجنرال إلكتريك (GE)، يعني هذا التوجه نحو الطباعة ثلاثية الأبعاد كوسيلة لخفض التكاليف، وتقليل عدد الأجزاء غير المطابقة للمواصفات، وتخفيف وزن المحركات لزيادة كفاءة استهلاك الوقود، وإيجاد أشكال جديدة بالغة التعقيد لم يكن من الممكن تحقيقها باستخدام أساليب التصنيع التقليدية. ومن الأمثلة على دمج الطباعة ثلاثية الأبعاد في صناعة الطيران والفضاء، تسليم شركة إيرباص أول محرك من محركات LEAP التابعة لشركة جنرال إلكتريك في عام 2016. وقد دمج هذا المحرك فوهات وقود مطبوعة بتقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد، مما قلل عدد الأجزاء من 20 إلى جزء واحد، وخفض الوزن بنسبة 25%، وقلص أوقات التجميع. ^{[ 45 ]} تُعدّ فوهة الوقود مدخلاً مثالياً للتصنيع الإضافي في محركات الطائرات النفاثة، إذ تُتيح تصميمًا مُحسّنًا للأجزاء الداخلية المعقدة، كما أنها جزء منخفض الإجهاد وغير دوّار. وبالمثل، في عام 2015، سلّمت شركة PW أولى أجزائها المصنّعة بتقنية التصنيع الإضافي لمحرك PurePower PW1500G إلى شركة بومباردييه. وبالتركيز على الأجزاء منخفضة الإجهاد وغير الدوّارة، اختارت PW أجزاء الضاغط الثابتة وأقواس حلقات التزامن ^{[ 46 ]} لتطبيق هذه التقنية التصنيعية الجديدة لأول مرة. ورغم أن التصنيع الإضافي لا يزال يُمثّل نسبة ضئيلة من إجمالي عدد الأجزاء في عملية تصنيع محركات الطائرات النفاثة، إلا أن العائد على الاستثمار بات واضحًا من خلال تقليل عدد الأجزاء، وسرعة الإنتاج، و"التصميم الأمثل من حيث الأداء والتكلفة". ^{[ 47 ]}

مع تطور التكنولوجيا، بدأ العديد من المؤلفين في التكهن بأن الطباعة ثلاثية الأبعاد يمكن أن تساعد في التنمية المستدامة في العالم النامي. ^{[ 48 ]}

في عام 2012، طورت شركة Filabot نظامًا لإغلاق الحلقة ^{[ 49 ]} باستخدام البلاستيك، مما يسمح لأي طابعة ثلاثية الأبعاد من نوع FDM أو FFF بالطباعة باستخدام مجموعة أوسع من أنواع البلاستيك.

في عام 2014، عرض بنجامين إس. كوك ومانوس إم. تينتزيريس أول منصة تصنيع إلكترونيات مطبوعة متكاملة رأسياً ومتعددة المواد (VIPRE) والتي مكنت من الطباعة ثلاثية الأبعاد للإلكترونيات الوظيفية التي تعمل بتردد يصل إلى 40  جيجاهرتز. ^{[ 50 ]}

مع انخفاض أسعار الطابعات، أصبح بإمكان المهتمين بهذه التقنية الوصول إليها بسهولة أكبر، كما ازدادت حريتهم في إنتاج ما يرغبون به. وحتى عام 2014، كان سعر الطابعات التجارية لا يزال مرتفعًا، حيث تجاوز 2000 دولار أمريكي. ^{[ 51 ]}

يشير مصطلح "الطباعة ثلاثية الأبعاد" في الأصل إلى عملية ترسيب مادة رابطة على طبقة من مسحوق باستخدام رؤوس طابعات نفث الحبر، طبقة تلو الأخرى. ومؤخرًا، بدأ استخدامه في اللغة الدارجة ليشمل طيفًا أوسع من تقنيات التصنيع بالإضافة، مثل التصنيع بالإضافة باستخدام شعاع الإلكترون والصهر الانتقائي بالليزر. وتستخدم المعايير الفنية الأمريكية والعالمية مصطلح " التصنيع بالإضافة" رسميًا لهذا المعنى الأوسع.

عملية الطباعة ثلاثية الأبعاد الأكثر استخدامًا (46% اعتبارًا من عام 2018)تُعرف تقنية بثق المواد باسم نمذجة الترسيب المنصهر ، أو FDM. ^{[ 8 ]} على الرغم من أن تقنية FDM قد تم اختراعها بعد التقنيتين الأكثر شيوعًا، وهما الطباعة المجسمة (SLA) والتلبيد الانتقائي بالليزر (SLS)، إلا أن FDM عادةً ما تكون الأقل تكلفة من بين التقنيات الثلاث بفارق كبير، مما يساهم في شعبية هذه العملية.

بحلول عام 2020، وصلت طابعات الطباعة ثلاثية الأبعاد إلى مستوى من الجودة والسعر يسمح لمعظم الناس بدخول عالم الطباعة ثلاثية الأبعاد. في ذلك الوقت، كان من الممكن العثور على طابعات ذات جودة جيدة بأقل من 200 دولار أمريكي للطرازات الأساسية. عادةً ما تكون هذه الطابعات ذات الأسعار المعقولة من نوع طابعات الترسيب المنصهر (FDM). ^{[ 52 ]}

في نوفمبر 2021، تلقى مريض بريطاني يُدعى ستيف فيرز أول عين اصطناعية مطبوعة بالكامل بتقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد في العالم من مستشفى مورفيلدز للعيون في لندن . ^{[ 53 ] [ 54 ]}

في أبريل 2024، تم الكشف عن أكبر طابعة ثلاثية الأبعاد في العالم، وهي "مصنع المستقبل 1.0"، في جامعة مين . وهي قادرة على صنع أجسام بطول 96 قدمًا، أو 29 مترًا. ^{[ 55 ]}

في عام 2024، استخدم الباحثون التعلم الآلي لتحسين بناء العظام الاصطناعية ^{[ 56 ]} وحققوا رقماً قياسياً في امتصاص الصدمات. ^{[ 57 ]}

في يوليو 2024، نشر باحثون ورقة بحثية في مجلة " تقنيات المواد المتقدمة" تصف تطوير أوعية دموية اصطناعية باستخدام تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد، تتميز بقوة ومتانة مماثلة للأوعية الدموية الطبيعية . ^{[ 58 ]} تضمنت العملية استخدام مغزل دوار مدمج في طابعة ثلاثية الأبعاد لإنشاء طعوم من هلام مائي، ثم تغليفها بجزيئات بوليستر قابلة للتحلل الحيوي. ^{[ 58 ]}

في أكتوبر 2025، أفادت مؤسسة نورث بريستول للخدمات الصحية الوطنية أن راكب دراجات بريطانيًا يُدعى ديف ريتشاردز قد خضع لعملية تركيب طرف صناعي كامل للوجه بتقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد ، تم إنشاؤها في مركز بريستول الطبي ثلاثي الأبعاد الذي تم افتتاحه حديثًا في مؤسسة نورث بريستول للخدمات الصحية الوطنية. وقد استخدمت هذه العملية، التي أشرفت عليها عالمة الترميم البارزة آمي ديفي، تقنيات مسح متطورة وراتنجات طبية لإعادة بناء ملامح وجهه بعد تعرضه لحروق بالغة. وقد مثّلت هذه العملية علامة فارقة في مجال مرافق الطباعة ثلاثية الأبعاد الطبية المتكاملة في المملكة المتحدة. ^{[ 59 ]}

يمكن إنشاء نماذج ثلاثية الأبعاد قابلة للطباعة باستخدام برامج التصميم بمساعدة الحاسوب (CAD)، أو عبر ماسح ضوئي ثلاثي الأبعاد ، أو باستخدام كاميرا رقمية عادية وبرنامج التصوير المساحي . تتميز النماذج ثلاثية الأبعاد المُنشأة باستخدام برامج التصميم بمساعدة الحاسوب (CAD) بانخفاض نسبة الأخطاء مقارنةً بالطرق الأخرى. ويمكن تحديد الأخطاء في النماذج ثلاثية الأبعاد القابلة للطباعة وتصحيحها قبل الطباعة. ^{[ 78 ]} تشبه عملية النمذجة اليدوية لإعداد البيانات الهندسية للرسومات الحاسوبية ثلاثية الأبعاد الفنون التشكيلية كالنحت. أما المسح الضوئي ثلاثي الأبعاد فهو عملية جمع بيانات رقمية حول شكل ومظهر جسم حقيقي، وإنشاء نموذج رقمي بناءً عليها.

يمكن حفظ نماذج التصميم بمساعدة الحاسوب (CAD) بصيغة ملفات الطباعة المجسمة (STL) ، وهي صيغة ملفات CAD شائعة الاستخدام في التصنيع الإضافي ، حيث تُخزَّن البيانات بناءً على تثليث سطح نماذج CAD. إلا أن صيغة STL غير مُصممة خصيصًا للتصنيع الإضافي نظرًا لحجم الملفات الكبير للأجزاء المُحسَّنة طوبولوجيًا والهياكل الشبكية، وذلك بسبب كثرة الأسطح المُستخدمة. ولحل هذه المشكلة، طُرحت صيغة ملفات CAD أحدث، وهي صيغة ملفات التصنيع الإضافي (AMF) ، في عام 2011، حيث تُخزَّن المعلومات باستخدام التثليث المنحني. ^{[ 79 ]}

قبل طباعة نموذج ثلاثي الأبعاد من ملف STL ، يجب فحصه أولاً للتأكد من خلوه من الأخطاء. تُنتج معظم تطبيقات التصميم بمساعدة الحاسوب (CAD) أخطاءً في ملفات STL الناتجة، ^{[ 80 ] [ 81 ]} من الأنواع التالية:

• حفرة
• وجوه عادية
• التقاطعات الذاتية
• أصداف الضوضاء
• أخطاء متعددة ^{[ 82 ]}
• مشاكل البروز ^{[ 83 ]}

تُعالج خطوةٌ في عملية إنشاء ملفات STL تُعرف باسم "الإصلاح" هذه المشاكل في النموذج الأصلي. ^{[ 84 ] [ 85 ]} عمومًا، غالبًا ما تحتوي ملفات STL المُنتجة من نموذج تم الحصول عليه من خلال المسح ثلاثي الأبعاد على المزيد من هذه الأخطاء ^{[ 86 ]،} نظرًا لأن المسح ثلاثي الأبعاد يتم غالبًا عن طريق الاستحواذ/الرسم من نقطة إلى نقطة. كما أن إعادة البناء ثلاثي الأبعاد غالبًا ما تتضمن أخطاءً. ^{[ 87 ]}

بعد اكتمال ملف STL، تتم معالجته بواسطة برنامج يُسمى " المُقَطِّع "، والذي يُحوِّل النموذج إلى سلسلة من الطبقات الرقيقة ويُنتج ملف G-code يحتوي على تعليمات مُخصصة لنوع مُحدد من طابعات الطباعة ثلاثية الأبعاد. على سبيل المثال، تستخدم طابعات FDM تنسيقات ملفات FDM . ^{[ 88 ]} يُمكن بعد ذلك طباعة ملف G-code هذا باستخدام برنامج عميل الطباعة ثلاثية الأبعاد (الذي يقوم بتحميل G-code ويستخدمه لتوجيه الطابعة ثلاثية الأبعاد أثناء عملية الطباعة).

تُشير دقة الطابعة إلى سُمك الطبقة ودقة المحورين X وY بوحدة النقاط في البوصة (dpi) أو الميكرومتر (μm). يبلغ سُمك الطبقة النموذجي حوالي 100 ميكرومتر (250 DPI ) ، مع أن بعض الطابعات قادرة على طباعة طبقات بسماكة تصل إلى 16 ميكرومتر (1600 DPI) . ^{[ 89 ]} تُقارن دقة المحورين X وY بدقة طابعات الليزر . يبلغ قطر الجسيمات (النقاط ثلاثية الأبعاد) حوالي 0.01 إلى 0.1 ميكرومتر (2,540,000 إلى 250,000 DPI) . ^{[ 90 ]} عند استخدام هذه الدقة، يُؤدي تحديد دقة شبكة تتراوح بين 0.01 و0.03 مم وطول وتر ≤ 0.016 مم إلى إنشاء ملف STL مثالي لملف إدخال النموذج. ^{[ 91 ]} يؤدي تحديد دقة أعلى إلى ملفات أكبر حجمًا دون زيادة في جودة الطباعة.   

قد يستغرق بناء نموذج باستخدام الأساليب الحديثة من عدة ساعات إلى عدة أيام، وذلك بحسب الطريقة المستخدمة وحجم النموذج وتعقيده. ويمكن لأنظمة الطباعة ثلاثية الأبعاد عادةً تقليص هذا الوقت إلى بضع ساعات، مع العلم أن المدة تختلف اختلافًا كبيرًا تبعًا لنوع الآلة المستخدمة وحجم النماذج وعددها التي يتم إنتاجها في وقت واحد.

على الرغم من أن الدقة والتشطيب السطحي الناتجين عن الطابعة كافيان لبعض التطبيقات، إلا أن طرق المعالجة اللاحقة والتشطيب تسمح بمزايا مثل دقة الأبعاد الأكبر، والأسطح الأكثر نعومة، وتعديلات أخرى مثل التلوين.

يمكن تحسين جودة سطح الأجزاء المطبوعة ثلاثية الأبعاد باستخدام طرق إزالة المواد مثل الصنفرة والتنظيف بالخرز. عند تنعيم الأجزاء التي تتطلب دقة أبعاد عالية، من المهم مراعاة حجم المادة التي تتم إزالتها. ^{[ 92 ]}

تسمح بعض البوليمرات القابلة للطباعة، مثل أكريلونيتريل بوتادين ستايرين (ABS)، بتنعيم وتحسين تشطيب السطح باستخدام عمليات البخار الكيميائي ^{[ 93 ]} القائمة على الأسيتون أو المذيبات المماثلة.

يمكن لبعض تقنيات التصنيع بالإضافة الاستفادة من التلدين كخطوة معالجة لاحقة. يسمح تلدين الجزء المطبوع ثلاثي الأبعاد بتحسين ترابط الطبقات الداخلية نتيجة لإعادة تبلور الجزء. كما يسمح بزيادة الخواص الميكانيكية، ومنها مقاومة الكسر ^{[ 94 ]} ، وقوة الانحناء ^{[ 95 ]} ، ومقاومة الصدمات ^{[ 96 ]} ، ومقاومة الحرارة ^{[ 96} ] . قد لا يكون تلدين المكون مناسبًا للتطبيقات التي تتطلب دقة أبعاد عالية، لأنه قد يُسبب تشوهًا أو انكماشًا نتيجة التسخين والتبريد ^{[ 97 ] .} تُعالج بعض الأجزاء المصنعة بالإضافة - وخاصة الأجزاء بالغة الأهمية - لاحقًا بالضغط المتساوي الساخن لتحسين الكثافة وتكوين البنية المجهرية للحصول على الأداء الميكانيكي المطلوب للأجزاء المطبوعة ^{[ 98 ] [ 99 ] .}

التصنيع الهجين الإضافي أو الطرحي (ASHM) هو أسلوب يتضمن إنتاج جزء مطبوع ثلاثي الأبعاد واستخدام عمليات التشغيل الآلي (التصنيع الطرحي) لإزالة المواد. ^{[ 100 ]} يمكن إتمام عمليات التشغيل الآلي بعد كل طبقة، أو بعد اكتمال الطباعة ثلاثية الأبعاد بالكامل، وذلك حسب متطلبات التطبيق. تتيح هذه الأساليب الهجينة للأجزاء المطبوعة ثلاثية الأبعاد الحصول على تشطيبات سطحية أفضل ودقة أبعاد أعلى. ^{[ 101 ]}

يؤدي التركيب الطبقي لعمليات التصنيع الإضافي التقليدية إلى تأثير متدرج على أسطح الأجزاء المنحنية أو المائلة بالنسبة لمنصة البناء. ويعتمد هذا التأثير بشكل كبير على ارتفاع الطبقة المستخدمة، بالإضافة إلى اتجاه سطح الجزء داخل عملية البناء. ^{[ 102 ]} ويمكن تقليل هذا التأثير باستخدام "ارتفاعات طبقات متغيرة" أو "ارتفاعات طبقات تكيفية". تعمل هذه الطرق على تقليل ارتفاع الطبقة في المواضع التي تتطلب جودة أعلى. ^{[ 103 ]}

يُتيح طلاء الأجزاء المطبوعة بتقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد الحصول على مجموعة متنوعة من التشطيبات والمظاهر التي قد لا يُمكن تحقيقها باستخدام معظم تقنيات الطباعة ثلاثية الأبعاد. تتضمن هذه العملية عادةً عدة خطوات، مثل تحضير السطح، والطلاء التمهيدي ، والطلاء النهائي. ^{[ 104 ]} تُساعد هذه الخطوات في تحضير سطح الجزء وضمان التصاق الطلاء بشكل صحيح.

تتميز بعض تقنيات التصنيع الإضافي بقدرتها على استخدام مواد متعددة في آن واحد. وتستطيع هذه التقنيات الطباعة بألوان وتشكيلات لونية متعددة في الوقت نفسه، كما يمكنها إنتاج أجزاء قد لا تحتاج بالضرورة إلى طلاء.

تتطلب بعض تقنيات الطباعة بناء دعامات داخلية لدعم الأجزاء المتدلية أثناء عملية الطباعة. يجب إزالة هذه الدعامات ميكانيكيًا أو إذابتها في حال استخدام مادة داعمة قابلة للذوبان في الماء مثل PVA بعد الانتهاء من الطباعة.

تتضمن بعض طابعات المعادن ثلاثية الأبعاد التجارية قطع المكون المعدني عن الركيزة المعدنية بعد الترسيب. وتتيح عملية جديدة للطباعة ثلاثية الأبعاد بتقنية اللحام القوسي المعدني بالغاز (GMAW) تعديلات على سطح الركيزة لإزالة الألومنيوم ^{[ 105 ]} أو الفولاذ ^{[ 106 ]} .

تقليديًا، ركزت الطباعة ثلاثية الأبعاد على البوليمرات نظرًا لسهولة تصنيعها والتعامل معها. إلا أن هذه الطريقة تطورت بسرعة لتشمل طباعة أنواع مختلفة من البوليمرات ^{[ 108 ]} ، والمعادن ^{[ 109 ] [ 110 ]} ، والشوكولاتة ^{[ 111 ]} ، والسيراميك ^{[ 112 ]،} مما جعل الطباعة ثلاثية الأبعاد خيارًا متعدد الاستخدامات في التصنيع. يُعدّ تصنيع النماذج المادية ثلاثية الأبعاد طبقةً تلو الأخرى مفهومًا حديثًا "ينبثق من صناعة التصميم بمساعدة الحاسوب (CAD) المتنامية باستمرار، وتحديدًا جانب النمذجة الصلبة فيها. قبل ظهور النمذجة الصلبة في أواخر ثمانينيات القرن الماضي، كانت النماذج ثلاثية الأبعاد تُصنع باستخدام هياكل سلكية وأسطح." ^{[ 113 ]} ولكن في جميع الحالات، تتحكم الطابعة وخصائص المادة في طبقات المواد. ويتم التحكم في طبقة المادة ثلاثية الأبعاد من خلال معدل الترسيب الذي يحدده مشغل الطابعة ويُخزن في ملف حاسوبي. وكانت أول مادة مطبوعة حاصلة على براءة اختراع عبارة عن حبر ذائب ساخن لطباعة الأنماط باستخدام سبيكة معدنية مُسخّنة.

قدّم تشارلز هول أول براءة اختراع في 8 أغسطس 1984، لاستخدام راتنج أكريليك معالج بالأشعة فوق البنفسجية باستخدام مصدر ضوء مُقنّع بالأشعة فوق البنفسجية في شركة UVP Corp لبناء نموذج بسيط. كان جهاز SLA-1 أول منتج بتقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد (SL) أعلنت عنه شركة 3D Systems في معرض Autofact في ديترويت، نوفمبر 1978. تم شحن النسخة التجريبية من SLA-1 في يناير 1988 إلى شركات Baxter Healthcare وPratt & Whitney وGeneral Motors وAMP. تم شحن أول جهاز إنتاجي من SLA-1 إلى شركة Precision Castparts في أبريل 1988. سرعان ما تم استبدال مادة الراتنج المعالج بالأشعة فوق البنفسجية براتنج إيبوكسي. في كلتا الحالتين، احتاجت نماذج SLA-1 إلى معالجة في فرن الأشعة فوق البنفسجية بعد شطفها بمنظف مذيب لإزالة الراتنج غير المعالج. تم بيع جهاز معالجة لاحقة (PCA) مع جميع الأنظمة. تطلبت طابعات الراتنج المبكرة شفرة لتحريك الراتنج الطازج فوق النموذج في كل طبقة. كان سُمك الطبقة 0.006 بوصة، وكان ليزر الهيليوم-كادميوم المستخدم في جهاز SLA-1 بقوة 12 واط، وكان يمسح السطح بسرعة 30 بوصة في الثانية. استحوذت شركة 3D Systems على شركة UVP في يناير 1990. ^{[ 114 ]}

يُظهر استعراض التاريخ أن عددًا من المواد (الراتنجات، ومسحوق البلاستيك، وخيوط البلاستيك، وحبر البلاستيك المنصهر بالحرارة) استُخدمت في ثمانينيات القرن الماضي للحصول على براءات اختراع في مجال النماذج الأولية السريعة. كما قدّم إيتزتشاك بوميرانتز من شركة كيوبيتال راتنجًا معالجًا بالأشعة فوق البنفسجية باستخدام مصباح مُقنّع في جهاز سولجر 5600، ومساحيق بلاستيكية حرارية مُلبّدة بالليزر من كارل ديكارد (DTM)، وورق لاصق مقطوع بالليزر (LOM) مُكدّس لتشكيل الأجسام من قِبل مايكل فيجين، وذلك قبل أن تُعلن شركة ثري دي سيستمز عن أول منتج لها. كان سكوت كرامب يعمل أيضًا بتقنية نمذجة خيوط البلاستيك "المذابة" المبثوقة (FDM)، وقد حصل ويليام إي ماسترز على براءة اختراع لتقنية الترسيب بالقطرات بعد أسبوع من حصول هول على براءة اختراعه في عام 1984، ولكن كان عليه أن يكتشف طابعات الحبر الحرارية البلاستيكية، التي قدمتها شركة Visual Impact Corporation في عام 1992، باستخدام طابعات الحبر من شركة Howtek، قبل أن يؤسس شركة BPM لطرح منتجه الخاص من طابعات ثلاثية الأبعاد في عام 1994. ^{[ 114 ]}

أكثر أنواع البوليمرات شيوعاً في طابعات ثلاثية الأبعاد الشخصية هي حمض البوليلاكتيك (PLA) و PETG .

تتراوح الجهود المبذولة لتحقيق الطباعة ثلاثية الأبعاد متعددة المواد من عمليات محسّنة تشبه تقنية FDM مثل VoxelJet إلى تقنيات طباعة جديدة تعتمد على الفوكسل مثل التجميع الطبقي. ^{[ 115 ]}

من عيوب العديد من تقنيات الطباعة ثلاثية الأبعاد الحالية أنها لا تسمح إلا بطباعة مادة واحدة في كل مرة، مما يحد من العديد من التطبيقات المحتملة التي تتطلب دمج مواد مختلفة في نفس الجسم. تحل الطباعة ثلاثية الأبعاد متعددة المواد هذه المشكلة من خلال السماح بتصنيع أجسام ذات ترتيبات معقدة وغير متجانسة من المواد باستخدام طابعة واحدة. في هذه الحالة، يجب تحديد مادة لكل فوكسل (أو عنصر بكسل في الطباعة ثلاثية الأبعاد) داخل حجم الجسم النهائي.

مع ذلك، قد تنطوي هذه العملية على العديد من التعقيدات نظرًا للخوارزميات المعزولة والمتكاملة. وقد سعت بعض الأجهزة التجارية إلى حل هذه المشكلات، مثل تطوير مترجم Spec2Fab، لكن التقدم لا يزال محدودًا للغاية. ^{[ 116 ]} ومع ذلك، في المجال الطبي، طُرح مفهوم الأقراص واللقاحات المطبوعة بتقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد. ^{[ 117 ]} يتيح هذا المفهوم الجديد إمكانية دمج أدوية متعددة، مما يُتوقع أن يقلل من العديد من المخاطر. ومع تزايد تطبيقات الطباعة ثلاثية الأبعاد متعددة المواد، ستنخفض تكاليف الحياة اليومية وتطوير التقنيات المتقدمة حتمًا.

يجري أيضاً البحث في المواد المعدنية المستخدمة في الطباعة ثلاثية الأبعاد. ^{[ 118 ]} ومن خلال تصنيف كل مادة، يمكن لتقنية CIMP-3D إجراء الطباعة ثلاثية الأبعاد باستخدام مواد متعددة بشكل منهجي. ^{[ 119 ]}

أتاح استخدام الطباعة ثلاثية الأبعاد  والهياكل متعددة المواد في التصنيع الإضافي تصميم وإنشاء ما يُعرف بالطباعة رباعية الأبعاد. الطباعة رباعية الأبعاد هي عملية تصنيع إضافي يتغير فيها شكل الجسم المطبوع مع مرور الوقت أو تغير درجة الحرارة أو أي نوع آخر من المؤثرات. تسمح الطباعة رباعية الأبعاد بإنشاء هياكل ديناميكية ذات أشكال وخصائص ووظائف قابلة للتعديل. يمكن تفعيل المواد الذكية/المستجيبة للمؤثرات، التي تُصنع باستخدام الطباعة رباعية الأبعاد، لإنتاج استجابات محسوبة مثل التجميع الذاتي، والإصلاح الذاتي، وتعدد الوظائف، وإعادة التشكيل، وتغيير الشكل. وهذا يتيح طباعة مواد متغيرة الشكل وذات ذاكرة شكلية حسب الطلب. ^{[ 120 ]}

تتمتع الطباعة رباعية الأبعاد بإمكانية إيجاد تطبيقات واستخدامات جديدة للمواد (كالبلاستيك، والمركبات، والمعادن، وغيرها)، كما أنها قادرة على ابتكار سبائك ومركبات جديدة لم تكن ممكنة سابقًا. ويمكن لتعدد استخدامات هذه التقنية والمواد أن يُسهم في تحقيق تقدم في مجالات صناعية متعددة، بما في ذلك الفضاء والتجارة والطب. لذا، يجب تحسين قابلية التكرار والدقة ونطاق المواد المستخدمة في الطباعة رباعية الأبعاد لجعلها أكثر جدوى في هذه الصناعات. 

لكي تصبح الطباعة رباعية الأبعاد خيارًا إنتاجيًا صناعيًا قابلاً للتطبيق، عليها التغلب على بعض التحديات. تشمل هذه التحديات ضرورة أن تكون البنية المجهرية للمواد الذكية المطبوعة قريبة من أو أفضل من تلك المُنتجة عبر عمليات التصنيع التقليدية. كما يتطلب الأمر تطوير مواد جديدة قابلة للتخصيص تتمتع بالقدرة على الاستجابة باستمرار للمؤثرات الخارجية المتغيرة والتحول إلى الشكل المطلوب. بالإضافة إلى ذلك، ثمة حاجة لتصميم برمجيات جديدة لأنواع تقنيات الطباعة رباعية الأبعاد المختلفة، بحيث تأخذ هذه البرمجيات في الاعتبار المادة الذكية الأساسية، وتقنية الطباعة، والمتطلبات الهيكلية والهندسية للتصميم. ^{[ 121 ]}

يجري تطوير تقنية التصنيع الإضافي للأغذية من خلال ضغط الطعام، طبقة تلو الأخرى، لتشكيل أجسام ثلاثية الأبعاد. وتُعدّ مجموعة واسعة من الأطعمة مناسبة لهذا الغرض، مثل الشوكولاتة والحلوى، والأطعمة المسطحة كالبسكويت والمعكرونة ^{[ 125 ]} والبيتزا ^{[ 126 ] [ 127 ]} . وتدرس وكالة ناسا هذه التقنية لإنتاج أغذية مطبوعة ثلاثية الأبعاد للحد من هدر الطعام ، ولتوفير أغذية مصممة خصيصًا لتلبية الاحتياجات الغذائية لرواد الفضاء ^{[ 128 ]} . وفي عام 2018، طوّر المهندس الحيوي الإيطالي جوزيبي سكيونتي تقنية تسمح بإنتاج بدائل نباتية ليفية للحوم باستخدام طابعة حيوية ثلاثية الأبعاد مصممة خصيصًا ، تحاكي ملمس اللحوم وقيمها الغذائية ^{[ 129 ] [ 130 ] .}

دخلت الطباعة ثلاثية الأبعاد عالم الملابس، حيث يجرب مصممو الأزياء تصميم ملابس سباحة وأحذية وفساتين مطبوعة بتقنية ثلاثية الأبعاد. ^{[ 131 ]} وفي الإنتاج التجاري، استخدمت شركة نايكي الطباعة ثلاثية الأبعاد لتصميم وتصنيع حذاء كرة القدم Vapor Laser Talon لعام 2012 للاعبي كرة القدم الأمريكية، كما قامت شركة نيو بالانس بتصنيع أحذية رياضية مصممة خصيصًا للرياضيين بتقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد. ^{[ 131 ] [ 132 ]} وقد وصلت الطباعة ثلاثية الأبعاد إلى مرحلة تقوم فيها الشركات بطباعة نظارات طبية للاستخدام المنزلي مع إمكانية تخصيص المقاس والتصميم حسب الطلب (مع العلم أنه لا يمكن طباعة العدسات). أصبح تخصيص النظارات حسب الطلب ممكنًا بفضل النماذج الأولية السريعة. ^{[ 133 ]} ويمكن تحسين استراتيجيات تصميم الدروع من خلال استلهام التصاميم من الطبيعة وتصميم نماذج أولية لها باستخدام الطباعة ثلاثية الأبعاد. ^{[ 134 ]}

في السيارات والشاحنات والطائرات، بدأت تقنية التصنيع الإضافي تُحدث تحولاً جذرياً في تصميم وإنتاج كلٍ من هياكل السيارات والطائرات ، وتصميم وإنتاج أنظمة نقل الحركة . على سبيل المثال، تستخدم شركة جنرال إلكتريك طابعات ثلاثية الأبعاد متطورة لتصنيع أجزاء التوربينات . ^{[ 135 ]} تُستخدم العديد من هذه الأنظمة في النماذج الأولية السريعة قبل اللجوء إلى أساليب الإنتاج الضخم. ومن الأمثلة البارزة الأخرى:

• في أوائل عام 2014، أعلنت شركة كوينجسيج السويدية لصناعة السيارات الرياضية عن سيارة One:1، وهي سيارة رياضية تستخدم العديد من المكونات المطبوعة بتقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد. ^{[ 136 ]} وتُعدّ سيارة Urbee أول سيارة تُنتج باستخدام الطباعة ثلاثية الأبعاد (حيث طُبع هيكل السيارة ونوافذها). ^{[ 137 ] [ 138 ] [ 139 ]}
• في عام 2014، أطلقت شركة لوكال موتورز سيارة ستراتي، وهي سيارة عاملة تم طباعتها بالكامل بتقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد باستخدام بلاستيك ABS وألياف الكربون، باستثناء مجموعة نقل الحركة. ^{[ 140 ]}
• في مايو 2015، أعلنت شركة إيرباص أن طائرتها الجديدة إيرباص A350 XWB تتضمن أكثر من 1000 مكون مصنع بتقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد. ^{[ 141 ]}
• في عام 2015، حلّقت طائرة مقاتلة من طراز يوروفايتر تايفون تابعة لسلاح الجو الملكي البريطاني مزودة بأجزاء مطبوعة. وقد بدأ سلاح الجو الأمريكي العمل باستخدام طابعات ثلاثية الأبعاد، كما اشترى سلاح الجو الإسرائيلي طابعة ثلاثية الأبعاد لطباعة قطع الغيار. ^{[ 142 ]}
• في عام 2017، كشفت شركة GE Aviation أنها استخدمت التصميم للتصنيع الإضافي لإنشاء محرك طائرة هليكوبتر مكون من 16 جزءًا بدلاً من 900 جزء، مما كان له تأثير كبير محتمل على تقليل تعقيد سلاسل التوريد . ^{[ 143 ]}

يُؤثر التصنيع الإضافي على الأسلحة النارية من جانبين: أساليب تصنيع جديدة للشركات القائمة، وإمكانيات جديدة لصنع الأسلحة النارية ذاتيًا . في عام ٢٠١٢، كشفت مجموعة "ديفنس ديستريبيوتد" الأمريكية عن خطط لتصميم سلاح ناري بلاستيكي مطبوع بتقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد، "يمكن تحميله وإعادة إنتاجه من قِبل أي شخص يمتلك طابعة ثلاثية الأبعاد". ^{[ ١٤٤ ] [ ١٤٥ ]} بعد أن نشرت "ديفنس ديستريبيوتد" خططها، أُثيرت تساؤلات حول تأثير الطباعة ثلاثية الأبعاد وانتشار استخدام آلات CNC على مستوى المستهلك ^{[ ١٤٦ ] [ ١٤٧ ]} على فعالية قوانين حيازة الأسلحة . ^{[ ١٤٨ ] [ ١٤٩ ] [ ١٥٠ ] [ ١٥١ ]}

بدأ استخدام العلاجات القائمة على الطباعة ثلاثية الأبعاد في الجراحة في منتصف التسعينيات من القرن الماضي، وذلك من خلال النمذجة التشريحية لتخطيط جراحات إعادة بناء العظام. وكانت زراعة الغرسات المصممة خصيصًا لكل مريض امتدادًا طبيعيًا لهذا العمل، مما أدى إلى ابتكار غرسات شخصية تناسب كل فرد على حدة. ^{[ 152 ]} وقد طُبِّق التخطيط الافتراضي للجراحة والتوجيه باستخدام أدوات مطبوعة ثلاثية الأبعاد ومصممة خصيصًا على العديد من مجالات الجراحة، بما في ذلك استبدال المفاصل بالكامل وإعادة بناء الجمجمة والوجه والفكين، بنجاح كبير. ^{[ 153 ] [ 154 ]} ومن الأمثلة على ذلك جبيرة القصبة الهوائية القابلة للامتصاص الحيوي لعلاج حديثي الولادة المصابين بتلين القصبة الهوائية ^{[ 155 ]،} والتي طُوِّرت في جامعة ميشيغان. كما يتزايد استخدام التصنيع الإضافي للإنتاج المتسلسل لغرسات العظام (المعادن) نظرًا لقدرته على إنشاء هياكل سطحية مسامية بكفاءة تُسهِّل الاندماج العظمي . ومن المتوقع أن تكون صناعات أجهزة السمع وطب الأسنان من أكبر مجالات التطوير المستقبلي باستخدام تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد المخصصة. ^{[ 156 ]}

لا تقتصر الطباعة ثلاثية الأبعاد على المواد غير العضوية فحسب؛ بل ساهمت في تحقيق العديد من التطورات الطبية الحيوية. اعتبارًا من عام 2012لقد دُرست تقنية الطباعة الحيوية ثلاثية الأبعاد من قبل شركات التكنولوجيا الحيوية والأوساط الأكاديمية لاستخدامها المحتمل في تطبيقات هندسة الأنسجة، حيث تُبنى الأعضاء وأجزاء الجسم باستخدام تقنيات الطباعة النفاثة للحبر . في هذه العملية، تُرسب طبقات من الخلايا الحية على وسط هلامي أو مصفوفة سكرية، وتتراكم تدريجيًا لتشكيل هياكل ثلاثية الأبعاد، بما في ذلك الأوعية الدموية. ^{[ 157 ]} وقد اعتُبرت الطباعة ثلاثية الأبعاد طريقةً لزرع الخلايا الجذعية القادرة على توليد أنسجة وأعضاء جديدة في جسم الإنسان. ^{[ 158 ]} في عام 2018، استُخدمت تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد لأول مرة لإنشاء مصفوفة لتثبيت الخلايا في عملية التخمر. واختير إنتاج حمض البروبيونيك بواسطة بكتيريا بروبيونيباكتيريوم أسيدوبروبيونيسي المثبتة على خرزات نايلون مطبوعة ثلاثية الأبعاد كدراسة نموذجية. وقد أظهرت النتائج أن هذه الخرزات المطبوعة ثلاثية الأبعاد قادرة على تعزيز التصاق الخلايا بكثافة عالية وإنتاج حمض البروبيونيك، وهو ما يمكن تطبيقه على عمليات التخمر الحيوية الأخرى. ^{[ 159 ]}

استُخدمت الطباعة ثلاثية الأبعاد أيضًا من قِبل الباحثين في المجال الصيدلاني. وخلال السنوات القليلة الماضية، ازداد الاهتمام الأكاديمي بشكل ملحوظ بتقنيات توصيل الأدوية باستخدام تقنيات التصنيع بالإضافة. تُتيح هذه التقنية طريقة فريدة لاستخدام المواد في تركيبات دوائية مبتكرة. ^{[ 160 ]} يسمح التصنيع بالإضافة باستخدام المواد والمركبات في تطوير التركيبات الدوائية، بطرق غير ممكنة باستخدام التقنيات التقليدية في المجال الصيدلاني، مثل تصنيع الأقراص والصب، وغيرها. علاوة على ذلك، من أهم مزايا الطباعة ثلاثية الأبعاد، وخاصةً في حالة نمذجة الترسيب المنصهر (FDM)، إمكانية تخصيص شكل الجرعة الدوائية، وبالتالي تلبية الاحتياجات الخاصة لكل مريض. ^{[ 161 ]} في المستقبل القريب، من المتوقع أن تصل طابعات ثلاثية الأبعاد إلى المستشفيات والصيدليات لتوفير إنتاج فوري لتركيبات دوائية مُخصصة وفقًا لاحتياجات المرضى. ^{[ 162 ]}

استُخدمت الطباعة ثلاثية الأبعاد أيضاً في صناعة المعدات الطبية. فخلال جائحة كوفيد-19، استُخدمت الطابعات ثلاثية الأبعاد لتعويض النقص في إمدادات معدات الوقاية الشخصية، وذلك من خلال متطوعين استخدموا طابعاتهم الشخصية لإنتاج قطع مختلفة من معدات الوقاية الشخصية (مثل إطارات واقيات الوجه).

تُعدّ الطباعة ثلاثية الأبعاد، ولا سيما طابعات ثلاثية الأبعاد مفتوحة المصدر، من أحدث التقنيات التي بدأت تشق طريقها إلى الفصول الدراسية. ^{[ 163 ] [ 164 ] [ 165 ]} وقد أثبتت مؤسسات التعليم العالي أنها من كبار مشتري طابعات ثلاثية الأبعاد المكتبية والاحترافية، وهو ما يعتبره خبراء الصناعة مؤشرًا إيجابيًا بشكل عام. ^{[ 166 ]} وقد ادعى بعض الباحثين أن الطابعات ثلاثية الأبعاد تُحدث "ثورة" غير مسبوقة في تعليم العلوم والتكنولوجيا والهندسة والرياضيات . ^{[ 167 ] [ 168 ]} ويستند هذا الادعاء إلى سهولة استخدامها من قِبل الطلاب في الفصول الدراسية، فضلًا عن إمكانية تصنيع معدات علمية عالية الجودة ومنخفضة التكلفة باستخدام تصاميم مفتوحة المصدر ، مما يُتيح إنشاء مختبرات مفتوحة المصدر . ^{[ 169 ]} بالإضافة إلى ذلك، أصبحت المكتبات حول العالم أماكن مناسبة لإيواء طابعات ثلاثية الأبعاد صغيرة الحجم، وذلك لأغراض تعليمية ومجتمعية. ^{[ 170 ]} وقد تشمل التطبيقات المستقبلية للطباعة ثلاثية الأبعاد إنشاء معدات علمية مفتوحة المصدر. ^{[ 169 ] [ 171 ]}

في العقد الثاني من الألفية الثانية، ازداد استخدام الطباعة ثلاثية الأبعاد بشكل ملحوظ في مجال التراث الثقافي لأغراض الحفظ والترميم والنشر. ^{[ 172 ]} وقد اقتنت العديد من المتاحف الأوروبية والأمريكية الشمالية طابعات ثلاثية الأبعاد، وتعمل بنشاط على إعادة إنتاج القطع المفقودة من آثارها ^{[ 173 ]} ومعالمها الأثرية، مثل تيواناكو في بوليفيا . ^{[ 174 ]} وبدأ متحف متروبوليتان للفنون والمتحف البريطاني باستخدام طابعاتهما ثلاثية الأبعاد لإنتاج تذكارات متحفية تُباع في متاجر المتحف. ^{[ 175 ]} أما متاحف أخرى، مثل المتحف الوطني للتاريخ العسكري ومتحف فارنا التاريخي، فقد ذهبت أبعد من ذلك، حيث تبيع عبر منصة Threeding الإلكترونية نماذج رقمية لقطعها الأثرية، تم إنشاؤها باستخدام ماسحات Artec ثلاثية الأبعاد ، بصيغة ملفات ملائمة للطباعة ثلاثية الأبعاد، يمكن لأي شخص طباعتها في المنزل. ^{[ 176 ]} تعتبر مورهشين اللهياري ، وهي فنانة أمريكية من أصل إيراني، استخدامها لعمليات النحت ثلاثي الأبعاد لإعادة بناء الكنوز الثقافية الإيرانية نشاطًا نسويًا. تستخدم اللهياري برنامجًا للنمذجة ثلاثية الأبعاد لإعادة بناء سلسلة من القطع الأثرية التي دمرها مسلحو داعش في عام 2014. ^{[ 177 ]}

يواجه تطبيق الطباعة ثلاثية الأبعاد لتمثيل الأصول المعمارية العديد من التحديات. ففي عام 2018، تم مسح هيكل البنك الوطني الإيراني ونمذجته بالطريقة التقليدية باستخدام برامج رسومات الحاسوب (وتحديدًا Cinema4D )، ثم جرى تحسينه للطباعة ثلاثية الأبعاد. اختبر الفريق هذه التقنية لبناء جزء من الهيكل، وقد تكللت بالنجاح. بعد اختبار الإجراء، أعاد المصممون بناء الهيكل في Cinema4D، ثم صدّروا الجزء الأمامي من النموذج إلى Netfabb . وقع الاختيار على مدخل المبنى نظرًا لقيود الطباعة ثلاثية الأبعاد وميزانية المشروع المخصصة لإنتاج النموذج المصغر. لم تكن الطباعة ثلاثية الأبعاد سوى إحدى الإمكانيات التي أتاحها النموذج ثلاثي الأبعاد للبنك، ولكن نظرًا لنطاق المشروع المحدود، لم يواصل الفريق تصميم النموذج للتمثيل الافتراضي أو تطبيقات أخرى. ^{[ 178 ]} في عام 2021، قارن بارسينجاد وآخرون بشكل شامل بين طريقة المسح اليدوي لإعادة البناء ثلاثي الأبعاد الجاهز للطباعة ثلاثية الأبعاد والتسجيل الرقمي (اعتماد طريقة التصوير المساحي). ^{[ 178 ]}

تم الكشف عن أول جسر فولاذي مطبوع بتقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد في العالم في أمستردام في يوليو 2021. يمتد الجسر على مسافة 12 متراً فوق قناة أوديزيدس أختيربورغوال ، وقد تم إنشاؤه باستخدام أذرع آلية طبعت أكثر من 4500 كيلوغرام من الفولاذ المقاوم للصدأ. استغرق بناؤه ستة أشهر. ^{[ 179 ]}

تُعدّ المحركات المرنة المطبوعة ثلاثية الأبعاد تطبيقًا متناميًا لتقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد، وقد رسّخت مكانتها في هذا المجال. يجري تطوير هذه المحركات المرنة للتعامل مع الهياكل والأعضاء المرنة، لا سيما في القطاعات الطبية الحيوية حيث يكون التفاعل بين الإنسان والروبوت أمرًا لا مفر منه. تُصنّع غالبية المحركات المرنة الحالية بالطرق التقليدية التي تتطلب تصنيعًا يدويًا للأجهزة، ومعالجة/تجميعًا لاحقًا، وتكرارات مطولة حتى الوصول إلى مرحلة النضج في التصنيع. وبدلًا من الجوانب الشاقة والمستهلكة للوقت في عمليات التصنيع الحالية، يبحث الباحثون عن نهج تصنيع مناسب لإنتاج المحركات المرنة بكفاءة. وهكذا، تُقدّم المحركات المرنة المطبوعة ثلاثية الأبعاد لإحداث ثورة في تصميم وتصنيع المحركات المرنة ذات الخصائص الهندسية والوظيفية والتحكمية المخصصة، وذلك بطريقة أسرع وأقل تكلفة. كما أنها تُمكّن من دمج جميع مكونات المحرك في هيكل واحد، مما يُغني عن استخدام الوصلات الخارجية والمواد اللاصقة والمثبتات .

تتضمن عملية تصنيع لوحات الدوائر الإلكترونية عدة خطوات، منها التصوير، والحفر، والطلاء، وطلاء قناع اللحام، وطباعة التسميات، والتشطيبات السطحية. وتشمل هذه الخطوات استخدام العديد من المواد الكيميائية، مثل المذيبات القوية والأحماض. تُغني الطباعة ثلاثية الأبعاد للوحات الدوائر عن الحاجة إلى العديد من هذه الخطوات، مع الحفاظ على إنتاج تصاميم معقدة. ^{[ 180 ]} يُستخدم حبر البوليمر لإنشاء طبقات البناء، بينما يُستخدم بوليمر الفضة لإنشاء المسارات والثقوب اللازمة لتدفق الكهرباء. ^{[ 181 ]} قد تكون عملية تصنيع لوحات الدوائر الإلكترونية الحالية شاقة، وذلك بحسب التصميم. تُجمع المواد المحددة وتُرسل إلى معالجة الطبقة الداخلية، حيث تُطبع الصور وتُطوّر وتُحفر. عادةً ما تُثقب لبّات الحفر لإضافة أدوات التغليف. ثم تُجهز اللبّات للتغليف. يُبنى هيكل لوحة الدوائر الإلكترونية، ويُرسل إلى عملية التغليف حيث تُربط الطبقات. بعد ذلك، تُقاس اللوحات وتُحفر. قد تختلف العديد من الخطوات عن هذه المرحلة، ولكن بالنسبة للتصاميم البسيطة، تخضع المادة لعملية طلاء لتغطية الثقوب والسطح. تُطبع الصورة الخارجية، ثم تُطوّر وتُحفر. بعد تحديد الصورة، تُغطى المادة بقناع لحام لتسهيل عملية اللحام لاحقًا. تُضاف بعد ذلك تسميات لتسهيل التعرف على المكونات لاحقًا. ثم تُضاف اللمسات النهائية للسطح. تُحوّل اللوحات من شكلها اللوحي إلى شكلها الفردي أو المصفوفي، ثم تُختبر كهربائيًا. بعد استكمال الأوراق اللازمة لإثبات مطابقة اللوحات للمواصفات، تُغلّف اللوحات وتُشحن. من مزايا الطباعة ثلاثية الأبعاد تحديد الشكل النهائي منذ البداية، وعدم الحاجة إلى التصوير أو التثقيب أو التغليف، وإجراء التوصيلات الكهربائية باستخدام بوليمر الفضة، مما يُغني عن الحفر والطلاء. كما تُقلّل هذه التقنية بشكل كبير من حجم الأوراق المطلوبة نظرًا لقلة المواد اللازمة لبناء لوحة الدوائر. يمكن طباعة التصاميم المعقدة، التي قد تستغرق أسابيع لإكمالها بالطرق التقليدية، بتقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد، مما يُقلّل وقت التصنيع بشكل كبير.

في عام ٢٠٠٥، بدأت المجلات الأكاديمية بنشر تقارير عن التطبيقات الفنية المحتملة لتقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد. ^{[ ١٨٢ ]} وأصبحت الآلات الجاهزة قادرة بشكل متزايد على إنتاج تطبيقات منزلية عملية، مثل القطع الزخرفية. ومن الأمثلة العملية على ذلك ساعة تعمل ^{[ ١٨٣ ]} وتروس مطبوعة لآلات النجارة المنزلية، من بين أغراض أخرى. ^{[ ١٨٤ ]} وكانت المواقع الإلكترونية المرتبطة بالطباعة ثلاثية الأبعاد المنزلية تتضمن عادةً أدوات حك الظهر، وخطافات المعاطف، ومقابض الأبواب، وما إلى ذلك. ^{[ ١٨٥ ]} وبحلول عام ٢٠١٧، وصلت الطباعة ثلاثية الأبعاد المنزلية إلى جمهور أوسع من المستهلكين، يتجاوز الهواة والمتحمسين. وتبذل العديد من المشاريع والشركات جهودًا لتطوير طابعات ثلاثية الأبعاد بأسعار معقولة للاستخدام المنزلي. وقد انصبّ جزء كبير من هذا العمل على مجتمعات الهواة والمبتكرين والمتحمسين والمتبنين الأوائل ، مع وجود روابط إضافية مع الأوساط الأكاديمية ومجتمعات المبرمجين .

وقد تسارع هذا النمو بفضل انخفاض الأسعار وارتفاع الجودة، اعتبارًا من عام 2019تشير التقديرات إلى أن مليوني شخص حول العالم قد اشتروا طابعة ثلاثية الأبعاد لاستخدامها كهواية. ^{[ 186 ]}

تُستخدم الطباعة ثلاثية الأبعاد منذ عقود في بعض الصناعات التحويلية، حيث تخضع للعديد من الأنظمة القانونية، بما في ذلك براءات الاختراع وحقوق التصميم الصناعي وحقوق التأليف والنشر والعلامات التجارية . ومع ذلك، لا توجد سوابق قضائية كافية لتحديد كيفية تطبيق هذه القوانين إذا أصبحت الطابعات ثلاثية الأبعاد شائعة الاستخدام، وبدأ الأفراد أو الهواة في تصنيع منتجات للاستخدام الشخصي، أو للتوزيع غير الربحي، أو للبيع.

قد تحظر أي من الأنظمة القانونية المذكورة توزيع التصاميم المستخدمة في الطباعة ثلاثية الأبعاد، أو توزيع أو بيع المنتج المطبوع. وللسماح بذلك، في حال وجود ملكية فكرية فعّالة، يتعين على الشخص التواصل مع المالك وطلب ترخيص، والذي قد يكون مشروطًا ومكلفًا. مع ذلك، تتضمن العديد من قوانين براءات الاختراع والتصميم وحقوق التأليف والنشر قيدًا أو استثناءً قياسيًا للاستخدام "الشخصي" أو "غير التجاري" للاختراعات أو التصاميم أو الأعمال الفنية المحمية بموجب حقوق الملكية الفكرية. وقد يُخرج هذا القيد أو الاستثناء القياسي هذه الاستخدامات الشخصية غير التجارية من نطاق حقوق الملكية الفكرية.

تغطي براءات الاختراع الاختراعات بما في ذلك العمليات والآلات والتصنيع وتركيبات المواد، ولها مدة محددة تختلف من بلد لآخر، ولكنها عمومًا 20 عامًا من تاريخ تقديم الطلب. لذلك، إذا كان نوع من العجلات حاصلًا على براءة اختراع، فإن طباعة هذه العجلات أو استخدامها أو بيعها قد يُعد انتهاكًا لبراءة الاختراع. ^{[ 187 ]}

تغطي حقوق التأليف والنشر التعبير ^{[ 188 ]} في وسيط مادي ثابت، وغالبًا ما تستمر طوال حياة المؤلف بالإضافة إلى 70  عامًا بعد وفاته. ^{[ 189 ]} على سبيل المثال، يحتفظ النحات بحقوق التأليف والنشر على تمثال، بحيث لا يستطيع الآخرون قانونًا توزيع التصاميم لطباعة تمثال مطابق أو مشابه دون دفع حقوق الملكية، أو انتظار انتهاء صلاحية حقوق التأليف والنشر، أو العمل ضمن استثناء الاستخدام العادل .

عندما تتسم ميزة ما بمزايا فنية (قابلة لحقوق التأليف والنشر) ووظيفية (قابلة لبراءة اختراع)، وعند عرض المسألة أمام المحاكم الأمريكية، غالباً ما تقضي المحاكم بأن هذه الميزة غير قابلة لحقوق التأليف والنشر ما لم يكن بالإمكان فصلها عن الجوانب الوظيفية للمنتج. ^{[ 189 ]} في دول أخرى، قد يتبنى القانون والمحاكم نهجاً مختلفاً يسمح، على سبيل المثال، بتسجيل تصميم جهاز مفيد (بكامله) كتصميم صناعي، على أساس أنه في حالة النسخ غير المصرح به، لا يمكن المطالبة إلا بالميزات غير الوظيفية بموجب قانون التصميم، بينما لا يمكن المطالبة بأي ميزات تقنية إلا إذا كانت مشمولة ببراءة اختراع سارية.

أصدرت وزارة الأمن الداخلي الأمريكية ومركز الاستخبارات الإقليمي المشترك مذكرةً تفيد بأن "التقدم الكبير في إمكانيات الطباعة ثلاثية الأبعاد، وتوفر ملفات رقمية مجانية قابلة للطباعة ثلاثية الأبعاد لمكونات الأسلحة النارية، وصعوبة تنظيم مشاركة الملفات، قد تشكل مخاطر على السلامة العامة من قِبل أشخاص غير مؤهلين يسعون للحصول على أسلحة أو تصنيعها باستخدام الطباعة ثلاثية الأبعاد"، وأن "التشريعات المقترحة لحظر الطباعة ثلاثية الأبعاد للأسلحة قد تردع إنتاجها، لكنها لا تستطيع منعه تمامًا. فحتى لو تم حظر هذه الممارسة بموجب تشريعات جديدة، فسيكون من الصعب السيطرة على توزيع هذه الملفات القابلة للطباعة ثلاثية الأبعاد عبر الإنترنت، تمامًا كما هو الحال مع أي ملفات موسيقى أو أفلام أو برامج أخرى يتم تداولها بشكل غير قانوني". ^{[ 190 ]}

شُبّهت محاولة تقييد توزيع مخططات الأسلحة عبر الإنترنت بعبثية منع الانتشار الواسع لبرنامج DeCSS ، الذي مكّن من نسخ أقراص DVD . ^{[ 191 ] [ 192 ] [ 193 ] [ 194 ]} بعد أن أمرت الحكومة الأمريكية شركة Defense Distributed بإزالة المخططات، ظلت متاحة على نطاق واسع عبر موقع Pirate Bay ومواقع مشاركة الملفات الأخرى. ^{[ 195 ]} وشهدت تنزيلات المخططات من المملكة المتحدة وألمانيا وإسبانيا والبرازيل إقبالًا كبيرًا. ^{[ 196 ] [ 197 ]} اقترح بعض المشرعين الأمريكيين قوانين تنظم استخدام الطابعات ثلاثية الأبعاد لمنع استخدامها في طباعة الأسلحة. ^{[ 198 ] [ 199 ]} وأشار مؤيدو الطباعة ثلاثية الأبعاد إلى أن مثل هذه القوانين ستكون عديمة الجدوى، وقد تُعيق صناعة الطباعة ثلاثية الأبعاد، وقد تنتهك حرية التعبير، حيث اقترح البروفيسور هود ليبسون، أحد رواد الطباعة ثلاثية الأبعاد، إمكانية التحكم في البارود بدلًا من ذلك. ^{[ 200 ] [ 201 ] [ 202 ] [ 203 ] [ 204 ] [ 205 ]}

على الصعيد الدولي، حيث تكون قوانين حيازة الأسلحة أكثر صرامة بشكل عام منها في الولايات المتحدة، أشار بعض المعلقين إلى أن التأثير قد يكون أقوى نظرًا لصعوبة الحصول على أسلحة نارية بديلة. ^{[ 206 ]} وقد لاحظ مسؤولون في المملكة المتحدة أن إنتاج سلاح مطبوع بتقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد يُعد مخالفًا لقوانين حيازة الأسلحة لديهم. ^{[ 207 ]} وذكرت وكالة الشرطة الأوروبية (يوروبول) أن المجرمين لديهم إمكانية الوصول إلى مصادر أخرى للأسلحة، لكنها أشارت إلى أنه مع تطور التكنولوجيا، ستزداد مخاطر حدوث تأثير مماثل. ^{[ 208 ] [ 209 ]}

في الولايات المتحدة، توقعت إدارة الطيران الفيدرالية (FAA) الرغبة في استخدام تقنيات التصنيع الإضافي، ودرست أفضل السبل لتنظيم هذه العملية. ^{[ 210 ]} وتختص إدارة الطيران الفيدرالية بالإشراف على هذا النوع من التصنيع، إذ يجب أن تُصنع جميع أجزاء الطائرات بموجب موافقة إنتاج من إدارة الطيران الفيدرالية أو بموجب فئات تنظيمية أخرى تابعة لها. ^{[ 211 ]} وفي ديسمبر 2016، وافقت إدارة الطيران الفيدرالية على إنتاج فوهة وقود مطبوعة بتقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد لمحرك GE LEAP. ^{[ 212 ]} وقد أشار المحامي المتخصص في شؤون الطيران، جيسون ديكستين، إلى أن التصنيع الإضافي ليس سوى أسلوب إنتاج، وينبغي تنظيمه كأي أسلوب إنتاج آخر. ^{[ 213 ] [ 214 ]} واقترح أن ينصب تركيز إدارة الطيران الفيدرالية على تقديم إرشادات لتوضيح متطلبات الامتثال، بدلاً من تغيير القواعد القائمة، وأن اللوائح والإرشادات الحالية تسمح للشركات "بتطوير نظام جودة قوي يعكس بشكل كافٍ الاحتياجات التنظيمية لضمان الجودة". ^{[ 213 ]}

في عام 2021، صدرت أولى المعايير، مثل معيار ASTM ISO/ASTM52900-21 الخاص بالمبادئ العامة والأساسيات والمصطلحات المتعلقة بالتصنيع الإضافي، ومعيار ISO/ASTM52900-15 المذكور آنفًا. ^{[ 215 ] [ 216 ]} وفي عام 2023، حدد معيار ISO/ASTM 52920:2023 ^{[ 217 ]} متطلبات عمليات التصنيع الإضافي الصناعية ومواقع الإنتاج التي تستخدم هذه التقنية لضمان مستوى الجودة المطلوب. وقبل ذلك، صدرت في ألمانيا مسودة معيار DIN، وهو DIN SPEC 17071:2019.

منذ خمسينيات القرن الماضي، تناول عدد من الكتّاب والمعلقين الاجتماعيين، بتفصيلٍ كبير، التغيرات الاجتماعية والثقافية التي قد تنجم عن ظهور تقنية التصنيع الإضافي بأسعار معقولة تجاريًا. ^{[ 224 ]} وفي السنوات الأخيرة، أحدثت الطباعة ثلاثية الأبعاد أثرًا بالغًا في القطاع الإنساني والتنموي. إذ تُسهم قدرتها على تسهيل التصنيع الموزع في تحقيق فوائد لسلاسل التوريد والخدمات اللوجستية، من خلال تقليل الحاجة إلى النقل والتخزين والحد من الهدر. علاوة على ذلك، يُعزز التنمية الاجتماعية والاقتصادية من خلال إنشاء اقتصادات إنتاج محلية. ^{[ 123 ]}

وقد أشار آخرون إلى أنه مع ازدياد انتشار طابعات ثلاثية الأبعاد في المنازل، قد تتلاشى العلاقة التقليدية بين المنزل ومكان العمل. ^{[ 225 ]} وبالمثل، يُقترح أيضًا أنه مع ازدياد سهولة نقل الشركات لتصاميم المنتجات الجديدة حول العالم، قد تقل الحاجة إلى خدمات الشحن السريع. ^{[ 226 ]} وأخيرًا، نظرًا لسهولة استنساخ بعض المنتجات حاليًا، يبقى أن نرى ما إذا كانت ستُجرى تعديلات على تشريعات حقوق النشر الحالية لحماية حقوق الملكية الفكرية في ظل انتشار هذه التقنية الجديدة.

يلفت البعض الانتباه إلى اقتران الإنتاج التشاركي القائم على المشاعات بالطباعة ثلاثية الأبعاد وتقنيات التصنيع الأخرى منخفضة التكلفة. ^{[ 227 ] [ 228 ] [ 229 ]} يمكن التغلب على وهم النمو الأبدي المتأصل من خلال تطوير وفورات النطاق، وهنا، يمكن للمجتمع أن يلعب دورًا هامًا في رفع مستوى الهيكل الإنتاجي برمته إلى مستوى أعلى من الإنتاجية المستدامة والمخصصة. ^{[ 227 ]} علاوة على ذلك، من الصحيح أن العديد من القضايا والمشاكل والتهديدات تنشأ نتيجة لدمقرطة وسائل الإنتاج، وخاصة الوسائل المادية منها. ^{[ 227 ]} على سبيل المثال، لا تزال إمكانية إعادة تدوير المواد النانوية المتقدمة موضع تساؤل؛ وقد يصبح تصنيع الأسلحة أسهل؛ ناهيك عن الآثار المترتبة على التزييف ^{[ 230 ]} وعلى الملكية الفكرية. ^{[ 231 ]} يمكن القول إنه على عكس النموذج الصناعي الذي كانت ديناميكياته التنافسية تدور حول وفورات الحجم، فإن الطباعة ثلاثية الأبعاد القائمة على الإنتاج التشاركي القائم على المشاعات يمكن أن تطور وفورات النطاق. بينما تعتمد مزايا الحجم على النقل العالمي الرخيص، فإن وفورات النطاق تتقاسم تكاليف البنية التحتية (الموارد الإنتاجية المادية وغير المادية)، مستفيدةً من إمكانيات أدوات التصنيع. ^{[ 227 ]} وانطلاقًا من رأي نيل غيرشنفيلد ^{[ 232 ]} بأن "بعض أقل مناطق العالم نموًا تحتاج إلى بعض أكثر التقنيات تقدمًا"، فإن الإنتاج التشاركي القائم على المشاعات والطباعة ثلاثية الأبعاد قد يوفران الأدوات اللازمة للتفكير عالميًا والعمل محليًا استجابةً لاحتياجات محددة.

كتب لاري سامرز عن "العواقب الوخيمة" للطباعة ثلاثية الأبعاد وغيرها من التقنيات (الروبوتات، الذكاء الاصطناعي، إلخ) على أولئك الذين يؤدون مهامًا روتينية. ويرى أن "عدد الرجال الأمريكيين الذين يتلقون تأمين العجز يفوق بالفعل عدد العاملين في مجال الإنتاج في قطاع التصنيع. وتتجه الأمور جميعها نحو الأسوأ، لا سيما بالنسبة للعمال الأقل مهارة، إذ ستزداد قدرة رأس المال الذي يجسد الذكاء الاصطناعي على استبدال وظائف ذوي الياقات البيضاء والزرقاء بسرعة في السنوات المقبلة". يوصي سامرز ببذل جهود تعاونية أكثر فعالية لمعالجة "الأساليب المتعددة" (مثل الملاذات الضريبية، والسرية المصرفية، وغسل الأموال، والتحايل على الأنظمة) التي تُمكّن أصحاب الثروات الطائلة من "دفع" ضرائب الدخل والميراث، وجعل تكديس الثروات الطائلة أكثر صعوبة دون اشتراط "مساهمات اجتماعية كبيرة" في المقابل، بما في ذلك: تطبيق أكثر صرامة لقوانين مكافحة الاحتكار، والحد من الحماية "المفرطة" للملكية الفكرية، وتشجيع أكبر لخطط تقاسم الأرباح التي قد تفيد العمال وتمنحهم حصة في تراكم الثروة، وتعزيز اتفاقيات المفاوضة الجماعية، وتحسين حوكمة الشركات، وتعزيز التنظيم المالي للقضاء على الدعم المقدم للنشاط المالي، وتخفيف قيود استخدام الأراضي التي قد تتسبب في استمرار ارتفاع قيمة العقارات المملوكة للأثرياء، وتوفير تدريب أفضل للشباب وإعادة تأهيل العمال المُسرّحين، وزيادة الاستثمار العام والخاص في تطوير البنية التحتية - على سبيل المثال، في إنتاج الطاقة والنقل. ^{[ 233 ]}

كتب مايكل سبنس : "الآن، تأتي موجةٌ عاتيةٌ من التكنولوجيا الرقمية التي تحل محل العمالة في مهامٍ بالغة التعقيد. وقد بدأت عملية استبدال العمالة وإلغاء الوساطة هذه منذ فترةٍ في قطاعات الخدمات - فكّر في أجهزة الصراف الآلي، والخدمات المصرفية عبر الإنترنت، وتخطيط موارد المؤسسات، وإدارة علاقات العملاء، وأنظمة الدفع عبر الهاتف المحمول، وغير ذلك الكثير. وتنتشر هذه الثورة إلى إنتاج السلع، حيث تحل الروبوتات والطباعة ثلاثية الأبعاد محل العمالة." ويرى سبنس أن الجزء الأكبر من تكلفة التقنيات الرقمية يكمن في البداية، في تصميم الأجهزة (مثل الطابعات ثلاثية الأبعاد)، والأهم من ذلك، في إنشاء البرامج التي تُمكّن الآلات من أداء مهامٍ متنوعة. "بمجرد تحقيق ذلك، تكون التكلفة الحدية للأجهزة منخفضة نسبيًا (وتنخفض مع زيادة الحجم)، وتكون التكلفة الحدية لتكرار البرامج معدومةً تقريبًا. ومع وجود سوقٍ عالميةٍ ضخمةٍ محتملةٍ لاسترداد التكاليف الثابتة الأولية للتصميم والاختبار، فإن الحوافز للاستثمار [في التقنيات الرقمية] قويةٌ للغاية." ^{[ 234 ]}

يعتقد سبنس أنه على عكس التقنيات الرقمية السابقة، التي دفعت الشركات إلى توظيف موارد بشرية قيّمة غير مستغلة بالكامل حول العالم، فإن القوة الدافعة في الموجة الحالية من التقنيات الرقمية هي "خفض التكاليف من خلال الاستغناء عن العمالة". فعلى سبيل المثال، مع انخفاض تكلفة تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد، "يسهل تصور" أن يصبح الإنتاج "محليًا للغاية" ومخصصًا حسب الطلب. علاوة على ذلك، قد يتم الإنتاج استجابةً للطلب الفعلي، وليس للطلب المتوقع أو المُتنبأ به. ويرى سبنس أن العمالة، مهما كانت رخيصة، ستصبح موردًا أقل أهمية للنمو وتوسيع فرص العمل، مع تراجع فعالية التصنيع كثيف العمالة والموجه نحو العمليات، وأن إعادة التوطين ستظهر في كل من الدول المتقدمة والنامية. من وجهة نظره، لن يختفي الإنتاج، ولكنه سيصبح أقل كثافة في استخدام العمالة، وستحتاج جميع الدول في نهاية المطاف إلى إعادة بناء نماذج نموها حول التقنيات الرقمية ورأس المال البشري الذي يدعم نشرها وتوسيع نطاقها. يكتب سبنس أن "العالم الذي ندخله هو عالم ستكون فيه أقوى التدفقات العالمية هي الأفكار ورأس المال الرقمي، وليس السلع والخدمات ورأس المال التقليدي. وسيتطلب التكيف مع هذا تحولات في العقليات والسياسات والاستثمارات (وخاصة في رأس المال البشري)، وربما نماذج التوظيف والتوزيع." ^{[ 234 ]}

تعتبر نعومي وو استخدام الطباعة ثلاثية الأبعاد في الفصول الدراسية الصينية (حيث يُعد الحفظ عن ظهر قلب هو المعيار) لتدريس مبادئ التصميم والإبداع أحدث التطورات المثيرة في هذه التقنية، وبشكل عام تعتبر الطباعة ثلاثية الأبعاد بمثابة ثورة النشر المكتبي القادمة . ^{[ 235 ]}

تم التبرع بطابعة لمجموعة خوان فرنانديز النسائية في عام 2024، لدعم النساء في المجتمع النائي لتمكينهن من صنع قطع غيار لإصلاح المعدات المعطلة، دون الحاجة إلى انتظار سفينة لاستيراد المكونات اللازمة. ^{[ 236 ]}

قد يكون لنمو التصنيع الإضافي تأثير كبير على البيئة. تعتمد طرق التصنيع التقليدية، مثل الطحن باستخدام الحاسوب (CNC)، على إزالة المواد من كتلة أكبر لإنتاج المنتجات. في المقابل، يُنتج التصنيع الإضافي المنتجات طبقةً تلو الأخرى، باستخدام الحد الأدنى من المواد اللازمة. ^{[ 237 ]} وهذا يُسهم في تقليل هدر المواد، مما يُعزز بدوره توفير الطاقة من خلال الاستغناء عن إنتاج المواد الخام. ^{[ 238 ] [ 239 ]}

أظهرت دراسة تقييم دورة حياة التصنيع الإضافي أن اعتماد هذه التقنية قد يُسهم في خفض انبعاثات ثاني أكسيد الكربون، إذ تُتيح الطباعة ثلاثية الأبعاد إنتاجًا محليًا، مما يُقلل الحاجة إلى نقل المنتجات وما يرتبط به من انبعاثات. ^{[ 240 ]} كما يُمكن أن يُتيح التصنيع الإضافي للمستهلكين إمكانية تصنيع قطع غيار بأنفسهم لإصلاح المنتجات التي اشتروها، وبالتالي إطالة عمرها. ^{[ 241 ]}

من خلال تصنيع العناصر الهيكلية الأساسية فقط للمنتجات، تتمتع تقنية التصنيع الإضافي بإمكانية تقديم إسهامات كبيرة في مجال تخفيف الوزن . ^{[ 237 ]} ويتيح استخدام هذه المكونات خفيفة الوزن خفض استهلاك الطاقة وانبعاثات غازات الاحتباس الحراري من المركبات ووسائل النقل الأخرى. ^{[ 242 ]} فعلى سبيل المثال، وجدت دراسة حالة أجريت على أحد مكونات الطائرات المصنعة باستخدام تقنية التصنيع الإضافي أن استخدام هذا المكون يوفر 63% من الطاقة وانبعاثات ثاني أكسيد الكربون ذات الصلة على مدار عمر المنتج. ^{[ 243 ]}

مع ذلك، ينطوي تبني التصنيع الإضافي على عيوب بيئية. أولًا، يستهلك التصنيع الإضافي طاقةً عاليةً مقارنةً بالعمليات التقليدية، ويعود ذلك إلى استخدامه تقنياتٍ مثل الليزر ودرجات الحرارة المرتفعة في تصنيع المنتجات. ^{[ 244 ]} ثانيًا، على الرغم من أن التصنيع الإضافي يقلل النفايات بنسبة تصل إلى 90% مقارنةً بالتصنيع التقليدي، إلا أنه قد يُنتج نفايات غير قابلة لإعادة التدوير. ^{[ 245 ]} على سبيل المثال، توجد مشكلات تتعلق بإمكانية إعادة تدوير المواد في التصنيع الإضافي للمعادن، إذ تُصر بعض الصناعات الخاضعة لرقابة صارمة، مثل صناعة الطيران، على استخدام مسحوق خام في تصنيع المكونات بالغة الأهمية للسلامة. ^{[ 237 ]} لم يصل التصنيع الإضافي بعد إلى كفاءته النظرية في استخدام المواد ، والتي تبلغ 97%، ولكنه قد يقترب من ذلك مع استمرار تطور هذه التقنية وزيادة إنتاجيتها. ^{[ 246 ]}

على الرغم من العيوب، يحرز البحث والصناعة تقدماً ملحوظاً لدعم استدامة التصنيع بالإضافة. بعض طابعات FDM الكبيرة التي تصهر حبيبات البولي إيثيلين عالي الكثافة (HDPE) قد تقبل أيضاً مواد معاد تدويرها نظيفة بدرجة كافية، مثل زجاجات الحليب المكسورة. إضافةً إلى ذلك، يمكن لهذه الطابعات استخدام المواد المقطعة من عمليات التصنيع المعيبة أو النماذج الأولية غير الناجحة، مما يقلل من هدر المشروع بشكل عام، ويخفف من عمليات مناولة المواد وتخزينها. وقد تم استكشاف هذا المفهوم في RecycleBot . ^{[ 247 ]} كما تُبذل جهود صناعية لإنتاج مسحوق معدني من المعادن المعاد تدويرها. ^{[ 248 ]}