ترکیبی شگفت‌انگیز از پلاستیک و لاستیک در رزین چاپ سه‌بعدی جدید
به گزارش گروه دانشگاه خبرگزاری دانشجو، محققان دانشگاه تگزاس در آستین، یک روش چاپ سه‌بعدی سریع و دقیق با استفاده از رزین‌ها توسعه داده‌اند که می‌تواند با استفاده از رنگ‌های نوری مختلف، خواص نرم و سخت را به طور یکپارچه در یک جسم واحد ادغام کند.
الهام‌بخش این پیشرفت، توانایی طبیعت در ایجاد ساختار‌های سفت و سختی مانند استخوان‌های انسان است که توسط غضروف‌های انعطاف‌پذیر احاطه شده‌اند. این ساختار‌های طبیعی به داشتن خواص هندسی زیبا و دقیق معروف هستند.
زک پیج، استادیار شیمی در دانشگاه آستین و نویسنده مسئول، روز دوشنبه در یک بیانیه مطبوعاتی گفت: آنچه واقعاً من و گروه تحقیقاتی‌ام را ترغیب کرد، بررسی مواد موجود در طبیعت بود.
او ادامه داد: طبیعت این کار را به صورت ارگانیک و به روشی ارگانیک انجام می‌دهد و مواد سخت و نرم را بدون شکست در فصل مشترک با هم ترکیب می‌کند. ما می‌خواستیم آن را تکرار کنیم.
این روش چاپ سه‌بعدی جدید شامل یک رزین مایع با طراحی سفارشی و یک سیستم چاپ دوگانه نوری است که بسته به رنگ نور مورد استفاده در فرآیند، واکنش‌های شیمیایی مختلفی را فعال می‌کند.
وقتی صحبت از ساخت اشیاء با خواص فیزیکی بسیار متفاوت می‌شود، مواد یا در سطح مشترک یا هنگام تماس با یکدیگر دچار شکست می‌شوند. این وضعیت مشابه جدا شدن آرام کف لاستیکی یک کفش دویدن از پارچه توری نرم‌تر روی آن به مرور زمان است.
روش جدید چاپ سه‌بعدی با استفاده از یک رزین مایع با فرمول خاص و یک سیستم دو نوری، این مشکل را حل می‌کند.
این رزین با استفاده از نور بنفش به ماده‌ای نرم و لاستیک مانند تبدیل می‌شود. اما هنگامی که در معرض نور فرابنفش با انرژی بالاتر قرار می‌گیرد، به ساختاری قوی و سفت تبدیل می‌شود. این امر به دانشمندان اجازه می‌دهد تا اشیاء چاپ شده‌ی واحدی را با مناطق انعطاف‌پذیر و سخت ایجاد کنند - که بدون هیچ نقطه ضعفی به طور یکپارچه به هم جوش خورده‌اند.
پیج اظهار داشت: ما مولکولی با هر دو گروه واکنش‌پذیر ساختیم تا دو واکنش جامدسازی ما بتوانند در سطح مشترک با یکدیگر ارتباط برقرار کنند.
این به ما ارتباط بسیار قوی‌تری بین بخش‌های نرم و سخت می‌دهد و اگر بخواهیم، می‌توانیم به تدریج این انتقال را انجام دهیم.
پیج و همکارانش با چاپ یک مفصل زانوی کوچک و کارآمد با رباط‌های نرم و استخوان‌های سختی که به نرمی در کنار هم حرکت می‌کردند، نشان دادند که این سیستم چگونه کار می‌کند.
آنها همچنین یک دستگاه الکترونیکی کششی نمونه با سیم طلایی روی یک نوار ساختند. برخی از قطعات می‌توانستند خم شوند و کش بیایند، در حالی که یک ناحیه سفت‌تر از شکستن مدار جلوگیری می‌کرد.
نویسنده‌ی همکار این مطالعه، شگفتی خود را از نتیجه‌ی آزمایش ابراز کرد و همچنین در مورد مشاهدات خود صحبت کرد.
او گفت: «صادقانه بگویم، چیزی که بیشتر از همه من را شگفت‌زده کرد این بود که در اولین تلاش چقدر خوب کار کرد. این تقریباً هرگز با رزین‌های چاپ سه‌بعدی اتفاق نمی‌افتد.»
او افزود: «ما همچنین از میزان تفاوت خواص شوکه شدیم. قسمت‌های نرم مانند یک کش کش می‌آمدند و به حالت اولیه برمی‌گشتند. قسمت‌های سخت به اندازه پلاستیک‌های مورد استفاده در محصولات مصرفی محکم بودند.»
ACS Central Science در تاریخ ۲۹ می‌مقاله‌ای از زک پیج و دیگر نویسندگان منتشر کرد که در آن به بحث در مورد چاپ سه‌بعدی در حوزه‌های مشابه پرداخته شده بود. این اثر نشان داد که چگونه می‌توان از نور برای ایجاد رزین‌ها و «پیشبرد نسل بعدی تولید افزایشی» استفاده کرد.
کلدی میسون، نویسنده اصلی مطالعه اخیر و دانشجوی کارشناسی ارشد در آزمایشگاه پیج، گفت: «این رویکرد می‌تواند تولید افزایشی را برای تولید در حجم بالاتر در مقایسه با فرآیند‌های سنتی مانند قالب‌گیری تزریقی رقابتی‌تر کند. به همان اندازه مهم، این امر امکانات طراحی جدیدی را ایجاد می‌کند.»
«این به مهندسان، طراحان و سازندگان آزادی بیشتری برای خلق آثار می‌دهد.»
به این ترتیب، این روش می‌تواند پروتز‌های نسل بعدی، دستگاه‌های پزشکی انعطاف‌پذیر و قطعات الکترونیکی کشسانی را ایجاد کند که می‌توانند به طور طبیعی با بدن حرکت کنند، مشابه مفصل یا رباط انسان.
این فرآیند همچنین سریع‌تر عمل می‌کند و وضوح بهتری نسبت به رویکرد‌های قبلی دارد؛ و با توجه به اینکه چاپگر مقرون به صرفه و استفاده از آن نسبتاً ساده است، این فناوری می‌تواند به راحتی در دسترس بیمارستان‌ها، مربیان و محققان قرار گیرد.
کل این فرآیند در مقاله‌ای در مجله Nature Materials مورد بحث قرار گرفته است.