تکنیک جدید چاپ سه بعدی : ساخت سریع و کم‌هدررفت اشیای منحصر به‌فرد
تکنیک جدید چاپ سه بعدی : ساخت سریع و کم‌هدررفت اشیای منحصر به‌فرد
یک تیم از پژوهشگران بین‌المللی، موفق به توسعه روشی جدید در چاپ سه‌بعدی چندماده‌ای شده‌اند که به کاربران این امکان را می‌دهد که وسایل سفارشی با رنگ‌ها و بافت‌های مختلف بسازند. با این حال، این فرآیند می‌تواند زمان‌بر و همراه با اتلاف مواد باشد، زیرا چاپگرهای سه‌بعدی موجود معمولاً نیاز دارند بین نازل‌های مختلف جابجا شوند و اغلب مواد را قبل از تغییر به ماده دیگر دور می‌ریزند.
پژوهشگران از دانشگاه MIT و دانشگاه فناوری دلفت، اکنون یک روش کارآمدتر، با دقت بالاتر و کم‌هدررفت‌تر را معرفی کرده‌اند که از مواد حساس به حرارت برای چاپ اشیایی با رنگ‌ها، سایه‌ها و بافت‌های مختلف در یک مرحله بهره می‌برد.
روش آن‌ها که به “آهن‌کشی با تغییر سرعت” مشهور است، از چاپگر دو نازله استفاده می‌کند. نازل اول، فیلامنت حساس به حرارت را اعمال می‌کند و نازل دوم با عبور از روی مواد چاپ‌شده، واکنش‌های مختلفی مانند تغییر در کدری یا زبری را با استفاده از حرارت فعال می‌کند.
با کنترل سرعت نازل دوم، پژوهشگران می‌توانند مواد را به دماهای خاصی برسانند و رنگ، سایه و زبری فیلامنت‌های حساس به حرارت را دقیقاً تنظیم کنند. نکته مهم این است که این روش نیازی به تغییرات سخت‌افزاری ندارد.
آن‌ها یک مدل پیش‌بینی‌کننده توسعه دادند که میزان حرارت انتقال‌یافته از نازل آهن‌کشی به ماده را بر اساس سرعتش پیش‌بینی می‌کند. این مدل به عنوان پایه‌ای برای یک رابط کاربری به کار می‌رود که به طور خودکار دستورالعمل‌های چاپ را برای دستیابی به ویژگی‌های رنگ، سایه و بافت تولید می‌کند.
این تکنیک می‌تواند اثرات هنری با رنگ‌های متنوع در یک جسم چاپ‌شده ایجاد کند. همچنین می‌توان با آن دسته‌هایی با بافت مناسب‌تر برای افرادی که دچار ضعف در دست‌های خود هستند، تولید کرد.
مصطفی دوغا دوغان، یکی از نویسندگان مقاله درباره این روش، می‌گوید: «امروزه ما چاپگرهایی داریم که با ترکیب هوشمند چند جوهر، طیفی از رنگ‌ها و بافت‌ها تولید می‌کنند. ما می‌خواهیم همین کار را با چاپگرهای سه‌بعدی انجام دهیم و از مجموعه‌ای محدود از مواد، ویژگی‌های بسیار متنوع‌تری برای اجسام چاپ‌شده بسازیم.»
این پروژه همکاری بین گروه‌های پژوهشی زنجا دوبروفسکی از دانشگاه دلفت و استفانی مولر از MIT است. دوغان به همراه نویسنده اصلی، محمد اوزدمیر از دانشگاه دلفت، ماروا علوی از MIT و خوزه مارتینز کاسترو از دلفت در این پروژه کار کرده‌اند. این پژوهش در سمپوزیوم ACM درباره نرم‌افزار و فناوری‌های رابط کاربری ارائه خواهد شد.
کنترل دما با تغییر سرعت
هدف این پروژه، یافتن روش‌های بهتر برای دستیابی به چاپ سه‌بعدی چندویژگی با یک ماده است. استفاده از فیلامنت‌های حساس به حرارت، نویدبخش بود، اما بیشتر روش‌های موجود از یک نازل برای چاپ و گرمایش استفاده می‌کنند. چاپگر ابتدا باید نازل را به دمای مورد نظر برساند و سپس مواد را اعمال کند.
با این حال، گرم و سرد کردن نازل زمان‌بر است و احتمال دارد فیلامنت داخل نازل در دماهای بالا تخریب شود. برای حل این مشکل، تیم پژوهشگران روش آهن‌کشی را توسعه دادند که در آن ابتدا مواد با یک نازل چاپ می‌شوند و سپس توسط یک نازل خالی دوباره گرم می‌شوند. به جای تنظیم دما برای تحریک واکنش مواد، پژوهشگران دمای نازل دوم را ثابت نگه می‌دارند و سرعت حرکت آن بر روی مواد چاپ‌شده را تغییر می‌دهند.
در این روش، نازل اول فیلامنت حساس به حرارت را اعمال می‌کند و نازل دوم با عبور از روی مواد واکنش‌هایی مانند تغییر در کدری یا زبری را با استفاده از حرارت فعال می‌کند. ماروا علوی توضیح می‌دهد: «همان‌طور که سرعت را تغییر می‌دهیم، این امکان را فراهم می‌کنیم که لایه چاپ‌شده به دماهای مختلف برسد. این شبیه به حرکت دادن انگشت بر روی شعله است؛ اگر انگشت را سریع حرکت دهید، ممکن است نسوزید، اما اگر آهسته آن را بکشید، انگشت شما به دمای بالاتری خواهد رسید.»
چاپ سریع‌تر و با دقت بیشتر
پژوهشگران روش خود را با سه فیلامنت حساس به حرارت آزمایش کردند. اولین مورد، پلیمر فوم‌شونده با ذراتی است که در هنگام گرم‌شدن منبسط می‌شوند و سایه‌ها، شفافیت‌ها و بافت‌های مختلفی ایجاد می‌کنند. آن‌ها همچنین با فیلامنت‌های پر از الیاف چوب و الیاف چوب پنبه‌ای که می‌توان آن‌ها را برای تولید سایه‌های تیره‌تر سوزاند، آزمایش‌هایی انجام دادند.
آنان نشان دادند که چگونه روششان می‌تواند اشیایی مانند بطری‌های آب تولید کند که بخشی از آن‌ها نیمه‌شفاف باشد. برای ساخت این بطری‌ها، آن‌ها پلیمر فوم‌شونده را با سرعت‌های پایین‌تر برای ایجاد مناطق کدر و با سرعت‌های بالاتر برای مناطق نیمه‌شفاف آهن‌کشی کردند. همچنین از این پلیمر برای تولید دسته دوچرخه با زبری متفاوت برای بهبود چسبندگی استفاده کردند.
استفاده از روش‌های سنتی چاپ سه‌بعدی چندماده‌ای برای تولید اشیای مشابه، زمان بیشتری می‌برد و انرژی و مواد بیشتری مصرف می‌کرد. علاوه بر این، آهن‌کشی با تغییر سرعت، می‌توانست گرادیان‌های ظریف‌تر در سایه و بافت ایجاد کند که روش‌های دیگر قادر به تولید آن نبودند.
در آینده، پژوهشگران قصد دارند با مواد حساس به حرارت دیگر مانند پلاستیک‌ها آزمایش کنند و همچنین به استفاده از این روش برای تغییر خواص مکانیکی و آکوستیکی برخی مواد بپردازند.
دیدگاهتان را بنویسید