تقنيات التصنيع الرقمي في الأعمال الخشبية

طريقتان لبدء التصميم

التصميم من البداية: تُرسم القطعة وأجزاؤها ووصلاتها على الحاسوب بأبعاد محددة.

المسح ثلاثي الأبعاد: تُمسح قطعة قائمة، مثل باب منقوش قديم أو لوح تالف أو صندوق تقليدي، بجهاز مسح ضوئي أو بالتصوير من زوايا متعددة، فتتحول إلى نموذج رقمي. ثم يُنظَّف النموذج ويُعدَّل على الحاسوب، ليُستخدم في ترميم الأجزاء التالفة، أو إعادة إنتاج القطعة بجهاز CNC، أو تغيير مقاسها مع الحفاظ على تفاصيل نقشها.

البرامج المستخدمة

برامج التصميم الهندسي مثل SolidWorks وAutodesk Fusion (Fusion 360 سابقًا)، وتُستخدم لتصميم الأثاث والقطع بأبعاد دقيقة، ورسم الوصلات بين الأجزاء، والتأكد من تركيبها قبل التنفيذ.

برامج النمذجة الحرة مثل Rhino وBlender، وتناسب المنحوتات والأشكال العضوية والزخارف البارزة.

التصميم البارامتري مثل Grasshopper، إذ تُبنى الزخرفة من قواعد ومتغيرات بدل رسمها خطًا بخط، فيتغير عدد التكرار أو حجم الفتحات أو كثافة النقش في الزخرفة كلها بتعديل قيمة واحدة. ويناسب ذلك الزخارف الهندسية والمشربيات والحواجز المفرغة.

برامج تجهيز المسارات (CAM) مثل VCarve Pro وبيئة التصنيع في Autodesk Fusion، وتحوّل التصميم إلى مسارات حركة لجهاز CNC: قص المحيط، والتفريغ، والنقش بالحرف V، والنحت ثلاثي الأبعاد، إضافة إلى ترصيف القطع على اللوح لتقليل الهدر.

برامج الرسم المتجهي مثل CorelDRAW وAdobe Illustrator وLightBurn، وتُجهَّز فيها ملفات القص والنقش لأجهزة الليزر.

ما الذي يُراعى في التصميم

اتجاه الألياف وحركة الخشب: يتمدد الخشب الطبيعي وينكمش عبر الألياف مع تغير الرطوبة، بينما تكاد حركته على طول الألياف تنعدم. لذلك تُترك مسافة للحركة في الأسطح العريضة، وتُصمَّم الوصلات بحيث لا تقيّد هذه الحركة.

الزوايا الداخلية: أداة القطع دائرية، فتخرج الزوايا الداخلية مستديرة بنصف قطر الأداة. فالأداة بقطر 6 ملم تترك زاوية بنصف قطر 3 ملم تقريبًا، ولذلك تُضاف قطوع صغيرة في الزوايا (Dogbones) لتدخل القطعة المربعة بإحكام.

سماكة الألواح الفعلية: تختلف سماكة اللوح الحقيقية غالبًا عن سماكته الاسمية، لذلك تُقاس قبل التصميم، وتُضبط مقاسات الوصلات والشقوق عليها مع سماحية بسيطة للتركيب.

عرض القطع في الليزر: يزيل شعاع الليزر شريطًا رفيعًا من المادة (Kerf)، ويُعوَّض في التصميم حين تحتاج القطع إلى تعشيق محكم.

من الملف إلى الآلة

تُصدَّر النماذج ثلاثية الأبعاد بصيغ مثل STEP وSTL، والرسومات المسطحة بصيغ متجهية مثل DXF وSVG. ثم تُجهَّز المسارات في برنامج CAM وتُحوَّل إلى ملف G-code تقرؤه جهاز CNC، بينما تُرسل ملفات القص والنقش إلى جهاز الليزر مباشرة من برنامج الرسم، وتُقطَّع نماذج الطباعة ثلاثية الأبعاد إلى طبقات في برنامج تقطيع مثل Cura.

كيف يعمل؟

تُستخدم أداة على شكل حرف V بزاوية ثابتة، ويتغير عمق الحفر بحسب عرض الخط، فتخرج الحروف والزخارف بحواف حادة وعمق متدرج يشبه النقش اليدوي. وتُفرَّغ المساحات الواسعة بأداة مسطحة أولًا ثم تُكمل أداة V التفاصيل.

ويمكن رسم الزخارف التقليدية، مثل نقوش الأبواب العمانية، رقميًا ثم تنفيذها على الخشب بالدقة نفسها في كل مرة.

كيف يُنفَّذ؟

تحفر أداة V تجويفًا بالتصميم في الخشب الأساسي، ثم تحفر الأداة نفسها قطعة معكوسة من خشب بلون مختلف، فيتطابق الجزءان تمامًا. وتُترك فجوة صغيرة للغراء أسفل القطعة، ومسافة بين ظهر القطعة المطعَّمة وسطح الخشب الأساسي حتى لا يرتطم بها، فتنطبق الجوانب المائلة بإحكام.

بعد اللصق والضغط وجفاف الغراء، يُزال الزائد بالمنشار، ثم يُسوّى السطح بأداة مسطحة على الجهاز أو بالصنفرة، فيظهر التطعيم مستويًا مع الخشب، ثم يُصنفر ويُشطَّب.

كيف يُنفَّذ؟

تُقسَّم الصورة أو الزخرفة على الحاسوب إلى قطع، ويُحدَّد لكل قطعة نوع الخشب ولونه. ثم يقص الليزر القطع من رقائق القشرة الخشبية الرقيقة، فتخرج بحواف دقيقة تتطابق مع بعضها. وتُجمَّع القطع كالأحجية على شريط لاصق ورقي، ثم تُلصق على لوح أساس وتُكبس، وتُصنفر وتُشطَّب.

ويُعوَّض عرض القطع في التصميم حتى تتلاصق القطع دون فراغات، وتظهر الحواف المقصوصة بالليزر بخط داكن رفيع يمكن الاستفادة منه في إبراز حدود الزخرفة.

كيف يُنفَّذ؟

يُنفَّذ النحت ثلاثي الأبعاد على مرحلتين: التخشين بأداة مسطحة تزيل معظم الخشب بسرعة وتترك الشكل على هيئة درجات، ثم التنعيم بأداة كروية الرأس تتبع انحناءات السطح وتعطيه ملمسًا ناعمًا.

وتحدد الخطوة الجانبية بين المرورين جودة السطح وزمن العمل: فالخطوة الأصغر تعطي سطحًا أنعم وتفاصيل أدق، لكنها تضاعف زمن تشغيل الجهاز.

كيف تعمل؟

تطبع طابعات الأشعة فوق البنفسجية المسطحة الحبر مباشرة على سطح الخشب، ويجف كل جزء فور طباعته تحت ضوء الأشعة. ويمكن طباعة طبقة أساس لتحسين التصاق الحبر، وحبر أبيض تحت الألوان ليُبرزها على الخشب الداكن، ثم طبقة ورنيش لامع للحماية والإبراز.

فعلى سبيل المثال، تطبع طابعة Roland VersaOBJECT MO-240 على مساحة 610 × 458 ملم، وعلى قطع يصل ارتفاعها إلى 204 ملم.

التجميع

يقص جهاز CNC الوصلات بدقة، مثل وصلة الأصابع لزوايا الصناديق، والتعشيق المتقاطع للفواصل والهياكل، وثقوب الأوتاد والبراغي في مواضعها الصحيحة، فتُجمَّع الأجزاء بسهولة ودون قياس يدوي.

وتُطبع بالطابعة ثلاثية الأبعاد، مثل UltiMaker S7، قوالب تثبيت ودلائل حفر وزوايا تجميع مخصصة لكل قطعة، تسرّع التجميع وتضمن تطابقه.

التشطيب

تُصنفر القطع بالتدريج من الورق الخشن إلى الناعم، ثم تُشطَّب بالزيوت أو الورنيش أو الدهانات بحسب الاستخدام. ويُفضَّل تشطيب الوجهين بالقدر نفسه للحد من الانحناء.