چاپ سه بعدی هر آن چه را که تصور کنید ممکن می شود!
مطب نما: صعنت چاپ سه بعدی راه درازی تا به این جا پیموده و قابلیت چاپ همه چیز از لوازم الکترونیکی گرفته تا تجهیزات پزشکی را فراهم نموده است. اما چه زمانی چاپگرهای سه بعدی می توانند هر آنچه را که می توانیم تصور نماییم، بسازند؟
به گزارش مطب نما به نقل از ایسنا، چاپ سه بعدی دیگر یک فناوری متعلق به آینده نیست بلکه فناوری حال حاضر است. این فناوری از صنعت تولید مواد تا مراقبت های بهداشتی را تغییر می دهد و مرزهای آن چه را که می توان به دست آورد، جابه جا می کند.
بر خلاف چاپ سه بعدی سنتی، که عموما از یک ماده واحد در آنها استفاده می شد، چاپ سه بعدی چند ماده ای(multi-material ۳D printing) یک روش تولید است که امکان ایجاد اشیاء با بهره گیری از چندین ماده را در یک پروسه چاپ سه بعدی واحد فراهم می آورد. این روش درحال تبدیل شدن به یک نیروی محوری و دگرگون کننده در برخی از صنایع است که بطور بالقوه شیوه مهندسی، نوآوری و ایجاد محصولات را بازتعریف می کند.
در ادامه به بررسی این فناوری، تطبیق پذیری و پتانسیل نوآوری در آن می پردازیم.
رمزی استیونز(Ramsey Stevens)، مدیر عامل شرکت «nano۳Dprint»که یک شرکت پیشرفته متخصص در چاپ سه بعدی چند ماده ای است در مورد چگونگی دستیابی به چاپ سه بعدی چند ماده ای توضیح داده است.
آشنایی با چاپ سه بعدی چند ماده ای
استیونز توضیح می دهد: چاپ چند ماده ای از زمان شروع به کار آن در دهه ۱۹۸۰ راه طولانی را پیموده است. پیشرفت در فناوری و مطالعات نشان می دهد که تقریباً هر ماده ای را می توان بوسیله یک چاپگر سه بعدی ساخت.
در گذشته چاپ سه بعدی چند ماده ای به چاپ با بیش از یک رشته رنگی اطلاق می شد. امروزه به ترکیب پلاستیک های سنتی با جوهرها و خمیرهای کاربردی اطلاق می شود که دارای خواص پویا یا فعالی مانند رسانایی، مغناطیس، قابلیت های سنجش، یا پاسخگویی به محرک ها هستند.
این رویکرد تحول آفرین از چندین فناوری اصلی بهره می برد:
فیلامان ذوبی(FFF) که با اکسترود(خروج) مداوم مواد ترموپلاستیک برای ساخت مدلهای سه بعدی پیچیده عمل می کند. استریولیتوگرافی(SLA) که از پروسه انجماد لایه به لایه با مواد فوتوپلیمری استفاده می نماید. متریال جتینگ(Material jetting) یا پرتاب مواد، شبیه به چاپ جوهرافشان، چاپ چند ماده را بوسیله رسوب دقیق قطرات و پخت فوری امکانپذیر می کند. بایندر جتینگ(Binder jetting) از پودرهای ریزدانه ترکیب شده با یک ماده اتصال دهنده برای ساخت اشیاء استفاده می نماید و گهگاه قابلیت های تمام رنگی را ارائه می دهد. هنگام کار با چاپگر سه بعدی چند ماده ای، کار با طراحی شی مورد نظر با بهره گیری از نرم افزار طراحی در کامپیوتر شروع می شود. این برنامه کامپیوتری هم شکل هندسی و هم نوع مواد را مشخص می کند. متعاقبا، مدل سه بعدی به لایه های قابل چاپ تبدیل می شود.
مزیت قابل توجه این فناوری کاهش قابل توجه نیاز بعد از پردازش است. طرح های پیچیده و قابلیت های یکپارچه ای که با چاپ سه بعدی چند ماده ای فعال می شوند، به کاهش نیاز به کارهای تکمیلی و فرآیندهای رنگ آمیزی منجر می شوند. این به نوبه خود، پروسه کلی تولید را ساده می کند و کارایی را بیشتر می کند.
مزایای این روش جدید نسبت به روش های سنتی
چاپ سه بعدی چند ماده ای مزایای زیادی نسبت به روش های تولید سنتی دارد که یکی از قابل توجه ترین آنها، انعطاف پذیری در طراحی است.
برخلاف تولیدات سنتی که اغلب محدودیت هایی در ایجاد طرح های پیچیده به همراه دارد، چاپ سه بعدی چند ماده ای، قلمرو جدیدی از خلاقیت را باز می کند.
این به مهندسان و طراحان اجازه می دهد تا اشیاء را با اشکال هندسی سفارشی بسازند و مواد مختلف را بطور یکپارچه برای به دست آوردن خواص و قابلیت های منحصر به فرد ترکیب کنند. این آزادی در طراحی می تواند منجر به نوآوری هایی شود که قبل از این دست نیافتنی بوده اند.
مزیت دیگر آن مقرون به صرفه بودن است. روش های تولید سنتی برای تولیدات کمتر گران تر هستند، برای اینکه هزینه های ثابت بین اقلام کمتری توزیع می شود.
در مقابل، چاپ سه بعدی چند ماده ای صرف نظر از مقدار تولید شده، هزینه تولید ثابتی را ارائه می دهد. این موجب می شود که از نظر اقتصادی یک انتخاب مقرون به صرفه برای تولید در مقیاس کوچک و بزرگ باشد.
علاوه بر این، چاپ سه بعدی چند ماده ای نوآوری را تسریع می کند. با قابلیت نمونه سازی سریع و ساخت قطعات در صورت تقاضا، روند توسعه را سرعت می بخشد و امکان تکرار و اصلاح سریع را فراهم می آورد. این می تواند بطور ویژه در صنایعی که زمان رسیدن آنها به بازار بسیار اهمیت دارد سودمند باشد.
علاوه بر این، چاپ سه بعدی چند ماده ای از نظر زیست محیطی نیز مناسب تر است. انرژی کمتری مصرف می کند، مواد خام را بطور موثرتری استفاده می نماید، استفاده از مواد شیمیایی را می کاهد و ضایعات کمتری را در مقایسه با تولید سنتی تولید می کند. این رویکرد سازگار با محیط زیست با تمرکز فزاینده بر پایداری در صنایع مختلف هماهنگ است.
استیونز خاطرنشان می کند که این مزایا محرک بزرگی در پذیرش چاپ سه بعدی چند ماده ای هستند. او همین طور بر راه هایی تاکید کرد که این فناوری با ارائه تطبیق پذیری و پتانسیل بی نظیر برای نوآوری، چشم انداز تولید و طراحی را تغییر می دهد.
برنامه های کاربردی همه کاره
چاپ سه بعدی چند ماده ای دارای مجموعه ای از کاربردهای قابل توجه است که هر کدام از ظرفیت منحصر به فرد خود برای ادغام یکپارچه مواد مختلف در یک جسم واحد بهره می برند.
چاپ سه بعدی هم اکنون در تولید مواد غذایی مورد استفاده قرار می گیرد و پتانسیل سفارشی سازی شکل، رنگ، طعم، بافت و حتی ترکیب غذایی وعده های غذایی را ارائه می دهد. چاپ چند ماده ای امکان تهیه موادی مانند کره بادام زمینی، خمیرهای طعم دار را در این پروسه فراهم می آورد و افق های جدیدی را برای تولیدات خلاقانه ارائه می دهد.
در حوزه پزشکی، این فناوری نقش مهمی در ساخت پروتزهای سه بعدی دارد. با ترکیب موادی مانند پلی اورتان ترموپلاستیک(TPU) نرم و فیبر کربن سخت، راهکار هایی را برای نیازها و ترجیحات فردی به وجود می آورد.
علاوه بر این می تواند ایجاد ساختارهای بافت مصنوعی را که بافت انسان را شبیه سازی می کنند، متحول کند. پژوهشگران همین طور درحال بررسی سیستم های تحویل دارو با چاپ سه بعدی هستند و ساختارهای زیست سازگار را برای استقرار دقیق دارو بررسی می کنند.
استیونز توضیح می دهد: چاپ چند ماده ای با جوهرهای کاربردی، مراقبت های بهداشتی را با ایمپلنت های سفارشی، سنسورهای پوشیدنی، تراشه های میکروسیال برای تشخیص و سیستم های پیشرفته تحویل دارو متحول می کند و پروسه مراقبت از بیمار و بطور کلی عرصه پزشکی را بهبود می بخشد.
پتانسیل چاپ سه بعدی چند ماده ای به دستکاری خواص مکانیکی و الکتریکی یک شی توسعه می یابد و امکان نوآوری در همه چیز از استواری ساختاری گرفته تا زیبایی شناسی را فراهم می آورد.
استیونز تطبیق پذیری این روش را اشاره کرد و اظهار داشت: با ترکیب پلاستیک به عنوان عناصر ساختاری با جوهرها و خمیرهای کاربردی، می توان دستگاه هایی با ترکیب، ساختار و خاصیت های محلی ایجاد کرد.
فراتر از این کاربردها، چاپ سه بعدی چند ماده ای تحولی برای نمونه سازی سریع است که توسعه و آزمایش سریع نمونه های اولیه پیچیده را تسهیل می کند. در صنایعی مانند طراحی خودرو، پروسه اعتبارسنجی طراحی را تسریع می کند و مراحل بعد از پردازش و تعداد قطعات را به میزان قابل توجهی می کاهد.
پیشرفت ها و تحقیقات مداوم
پیشرفت در چاپ سه بعدی چند ماده ای با بهره گیری از جوهرهای کاربردی پیش تر به توسعه ابرخازن ها، سلول های خورشیدی و مدارهای انعطاف پذیر منتهی شده است. این پیشرفت ها را می توان به دسته ای از مواد به نام مکسین ها(MXenes) نسبت داد.
مکسین ها دسته ای از ترکیبات معدنی دوبعدی هستند که از لایه های نازک اتمی کاربیدها، نیتریدها یا کربونیتریدهای فلزات واسطه تشکیل شده اند. این مواد برای نخستین بار در یک مطالعه در سال ۲۰۱۱ توسط پروفسور یوری گوگوتسی(Yury Gogotsi) و پروفسور میشل دبلیو بارسوم(Prof. Michel W. Barsoum) از دانشگاه درکسل گزارش شد.
استیونز اشاره کرد که تحقیقاتی که در مرکز تحقیقات روی نانوساختارها و نانودستگاه های تطبیقی(CRANN) و مرکز تحقیقات مواد پیشرفته و مهندسی زیستی(AMBER)، کالج ترینیتی دوبلین، ایرلند به انجام می رسد، نمونه بارز پتانسیل مکسین ها است.
او توضیح داد: چاپ هیدروژل های مکسین به ذخیره سازی انرژی شبه خازنی بسیار کارآمد برای مثال با ظرفیتهای فوق العاده بالا شده منجر است. این کار نوآورانه نویدبخش پیشرفت کاربردها در حوزه های مختلف، از ذخیره سازی انرژی الکتروشیمیایی گرفته تا بیوالکترونیک، صیانت از تداخل الکترومغناطیسی، تصفیه آب و موارد دیگر است.
در ماه فوریه سال ۲۰۲۲، پژوهشگران مطالعه ای را منتشر نمودند که در آن جزییات توسعه روش چاپ سه بعدی با بهره گیری از جوهرهای دارای عملکرد مکسین را برای ایجاد هیدروژل های پلیمری رسانا با رسانایی و ثبات شکل بالا توضیح داده بودند.
در ماه نوامبر همان سال، آنها یک روش چاپ چهار بعدی را برای ساخت هیدروژل های مکسین با ساختارهای متخلخل سه بعدی و رسانایی الکتریکی بالا معرفی کردند که به ساخت خازن با ظرفیت فوق العاده بالا و ایجاد میکرو ابرخازن های کارآمد با تحمل دمای پایین منجر گردید.
چهره آینده تغییر می کند
آینده چاپ سه بعدی چند ماده ای نامحدود به نظر می آید. استیونز اشاره کرد: فرصت های پیش روی این فناوری بسیار زیاد است.
پیشرفت های اخیر، مانند روش های چاپ سه بعدی برای سنجش فشار بی سیم غیرفعال، نوید کاربردهای جدید را می دهد. این نوآوری ها ساخت سنسورهای فشار آنتن بی سیم کم هزینه و فشارسنج های جدید، تغییر شکل حسگرها، ذخیره سازی انرژی و نظارت بر سلامت ساختاری را ممکن می سازد.
هنگامی که از استیونز در مورد جدول زمانی دستیابی به قابلیت پرینت سه بعدی تقریباً هر آنچه که تصورش را می نماییم، پرسیده شد، او چشم انداز خوش بینانه ای را ارائه کرد و توضیح داد که تحقیقات و سرمایه گذاری های مداوم، ما را به مراحل اولیه ادغام ساختارها و الکترونیک بوسیله چاپ چند ماده ای سوق می دهد و ما را به آستانه چاپ سه بعدی تقریباً هر چیزی که فکرش را می نماییم نزدیک می کند.
همانطور که چاپ سه بعدی چند ماده ای برای چاپ اشکال هندسی پیچیده و اشکال منسجم و جاسازی وسایل الکترونیکی تکامل می یابد، ما را به چاپ سه بعدی هر چه در ذهن مان داریم، نزدیک تر می کند.
منبع: matabnama.ir
این مطلب را می پسندید؟
(1)
(0)
تازه ترین مطالب مرتبط
نظرات بینندگان در مورد این مطلب