دانشمندان تکنیک پیشرفته ای را برای چاپ سه بعدی توسعه داده اند که قرار است صنعت تولید را متحول کند.این گروه به سرپرستی دکتر خوزه مارکز-هوسو از موسسه حسگرها، سیگنال‌ها و سیستم‌ها در دانشگاه هریوت وات در ادینبورگ، روش جدیدی برای چاپ سه بعدی ایجاد کرده است که از نور مادون قرمز نزدیک (NIR) برای ایجاد ساختارهای پیچیده حاوی مواد و رنگ های متعدد استفاده می کند.
آنها با اصلاح یک فرآیند چاپ سه بعدی به خوبی تثبیت شده به نام استریولیتوگرافی به این امر دست یافتند تا مرزهای یکپارچه سازی چند ماده را به جلو ببرد. یک چاپگر سه بعدی معمولی معمولاً یک لیزر آبی یا UV را روی یک رزین مایع اعمال می کند که سپس به طور انتخابی، لایه به لایه، جامد می شود تا یک شی مورد نظر را بسازد. اما یک اشکال عمده این رویکرد محدودیت در اختلاط مواد بوده است.
چیزی که در مورد این جدیدترین پروژه متفاوت است این است که دانشمندان از یک منبع نور NIR استفاده می کنند که قادر به چاپ در اعماق بسیار بیشتر در مخزن رزین است و نیازی به چاپ لایه ای نیست.
یافته‌ها فرصت‌های فوق‌العاده‌ای را برای صنعت، به‌ویژه آن‌هایی که به قطعات تخصصی مانند بخش‌های بهداشت و برق متکی هستند، در اختیار دارند.
دکتر Marques-Hueso توضیح می دهد: “جدید بودن روش ما، که قبلا هرگز انجام نشده است، استفاده از پنجره های نامرئی NIR مواد برای چاپ در عمق بیش از 5 سانتی متر است، در حالی که فناوری معمولی دارای محدودیت عمقی است. حدود 0.1 میلی‌متر. این بدان معناست که می‌توانید با یک ماده چاپ کنید و بعداً ماده دوم را اضافه کنید و آن را در هر موقعیتی از فضای سه‌بعدی، و نه تنها در بالای سطوح بیرونی، جامد کنید.»
به عنوان مثال، ما می‌توانیم یک مکعب توخالی را چاپ کنیم که بیشتر از همه طرف مهر و موم شده است. سپس می‌توانیم بعداً برگردیم و یک شی ساخته شده از مواد کاملاً متفاوت را در داخل این جعبه چاپ کنیم، زیرا لیزر NIR از مواد قبلی نفوذ می‌کند. گویی نامرئی است، زیرا در واقع در NIR کاملاً شفاف است.”
دکتر آدیلت ژاکیف، دکتری. محققی در دانشگاه هریوت وات که نزدیک به سه سال روی این پروژه کار کرده است، اضافه می‌کند: «فناوری مدل‌سازی رسوب ذوب شده (FDM) قبلاً قادر به ترکیب مواد بود، اما FDM وضوح پایینی دارد، جایی که لایه‌ها قابل مشاهده هستند، در حالی که نور فن‌آوری‌های مبتنی بر استریولیتوگرافی می‌توانند نمونه‌های صاف با وضوح کمتر از پنج میکرومتر را ارائه دهند.
دانشمندان می گویند یکی از اجزای کلیدی پروژه آنها توسعه رزین های مهندسی شده است که حاوی نانوذراتی است که پدیده تبدیل نوری را نشان می دهد. این نانوذرات فوتون‌های NIR را جذب کرده و به فوتون‌های آبی تبدیل می‌کنند که رزین را جامد می‌کنند. این پدیده “غیر خطی” است، به این معنی که می تواند فوتون های آبی را بیشتر در کانون لیزر به دست آورد، نه در مسیر عبور از آن. به همین دلیل، NIR می تواند به اعماق مواد نفوذ کند که گویی شفاف است و فقط مواد درون آن را جامد کند.
روش چاپ سه بعدی جدید آنها اجازه می دهد تا چندین ماده با خواص مختلف در یک نمونه چاپ شوند، به عنوان مثال الاستومرهای انعطاف پذیر و اکریلیک سفت، که برای بسیاری از مشاغل مانند تولید کفش مفید است. این تکنیک تعداد بی‌شماری از امکانات جدید مانند پرینت سه‌بعدی اجسام در داخل حفره‌ها، بازسازی اشیاء شکسته و حتی چاپ زیستی درجا از طریق پوست را باز می‌کند.
دکتر Marques-Hueso ادامه می‌دهد: «در همان پروژه تحقیقاتی، ما قبلاً رزینی تولید کرده بودیم که می‌توان آن را به‌طور انتخابی با مس روکش کرد.با ترکیب هر دو فناوری، اکنون می‌توانیم با دو رزین مختلف پرینت سه‌بعدی را انجام دهیم و با استفاده از یک حمام آبکاری ساده، تنها یکی از آنها را به صورت انتخابی در مس بپوشانیم. به این ترتیب، می‌توانیم مدارهای مجتمع را به صورت سه بعدی ایجاد کنیم که برای صنعت الکترونیک بسیار مفید است. “
علیرغم اینکه این فناوری یک نگاه اجمالی هیجان انگیز به آینده ارائه می دهد، هزینه ها به طرز شگفت انگیزی پایین است.
دکتر Marques-Hueso گفت: “یک مزیت واضح این روش این است که ماشین کامل را می توان با کمتر از 400 پوند ساخت. برخی از فناوری های پیشرفته دیگر که از لیزر استفاده می کنند، مانند پلیمریزاسیون دو فوتون (2PP)، به لیزرهای فوق سریع گران قیمت نیاز دارند. در حدود ده‌ها هزار پوند، اما این مورد ما نیست، زیرا مواد تخصصی ما امکان استفاده از لیزرهای ارزان‌قیمت را می‌دهند.”
اکنون که نتایجی برای حمایت از ادعاهای خود داریم، امیدواریم با کسب‌وکارها شریک شویم و این فناوری را بیشتر توسعه دهیم.»
این تحقیق در مجله Advanced Engineering Materials منتشر شده است.
