اقتصاد دانش بنیان

افزودن بعد زمان به فناوری چاپ

امروزه فناوري چاپ سه‌بعدي از مفهومي بودن خارج شده و به عنوان يک تکنولوژي نوظهور با پتانسيل‌هاي فراوان مورد شناسايي قرار گرفته و تقريبا در بسياري از آزمايشگاه‌هاي مطالعاتي يافت مي‌شود. اکنون عده‌اي از محققان در حال بررسي براي اضافه کردن بعدي جديد به اين فناوري هستند؛ زمان. دکتر کريستينا شي، مدير آزمايشگاه طراحي مهندسي و پردازش موسسه فدرال تحقيقات در زوريخ سوئيس، يکي از اين دانشمندان است. چاپ چهار‌بعدي اشياي متحرک با امکان تغيير شکل خلق مي‌کند، مانند اجزايي مسطح و تخت که مي‌توانند در زماني معين تا شده و به فرمتي سه‌بعدي تبديل شوند يا حتي اشيايي که قادرند در اثر محرکي بيروني تغيير شکل کلي بيابند.

دکتر شي و گروهش اين فناوري را با ابداع اصول ساخت جديد که به آن‌ها اجازه مي‌دهد تغيير حالت را کنترل کنند، يک پله به جلوتر سوق داده‌اند. يکي از محققان اين پروژه مي‌گويد: «ساختارهاي تخت به صورت تصادفي دچار تغيير پيکربندي نمي‌شوند و اين تغيير دقيقا به مکانيسمي که ما آن‌ها را طراحي مي‌کنيم، بستگي دارد. ساختارها همچنين مي‌توانند وزن را تحمل کنند و اين اولين باري است که اشيايي با چاپ چهار‌بعدي و قادر به تحمل بار خلق مي‌شوند.»

اجزايي با دو حالت

اصول ساختاري به اجزاي پايه‌اي وابسته هستند که پژوهشگران در دو حالت احتمالي طراحي مي‌کنند؛ منبسط و باز شده يا منقبض و جمع گشته. تيم مطالعاتي اين دو عنصر را با يکديگر تلفيق کردند تا ساختارهايي با پيچيدگي بالاتر خلق کنند. از آن‌جا که عناصر منفرد در يکي از اين دو حالت ويژه به سر مي‌برند، محققان مي‌توانند فرم سه‌بعدي با ثبات ساختار کلي را پيش‌بيني ‌کنند. اين سبب ايجاد امکان خلق ساختارهايي مي‌شود که چندين فرم باثبات دارند. با کمک استفاده از شبيه‌سازي رايانه‌اي شکل و نيروي لازم براي تغيير فرم به خوبي و با دقت بالا قابل پيش‌بيني است که در طراحي اشيا به محققان کمک مي‌رساند.

دانشمندان ساختار مورد نظرشان را با يک چاپگر سه‌بعدي حرفه‌اي که مي‌تواند اشيايي را با 40 ماده متفاوت چاپ کند، با کاربرد چند ترکيب مختلف به چاپ رساندند. آنچه حاصل شد از دو قسمت عمده تشکيل شده بود، يک پليمر سخت که بخش عمده ساختار ابداعي را شکل مي‌داد و يک پليمر الاستيک براي قسمت‌هاي داراي حرکت. کل فرايند چاپ در يک مرحله صورت پذيرفت.

موثر و سريع

دکتر شي توضيح مي‌دهد: «چاپ چهاربعدي چندين مزيت دارد. چاپ يک ساختار مسطح با اجزاي سخت و قسمت‌هاي قابل انعطاف در يک مرحله راندمان بالايي نشان مي‌دهد. توليد يک شي سه‌بعدي يا سر‌هم‌بندي آن از اجزاي جدا از هم پيچيده‌تر خواهد بود و هم به زمان بيشتري احتياج خواهد داشت. به علاوه، ساختار مسطح در فضا صرفه‌جويي مي‌کند و مي‌توان آن را به‌آساني حمل و نقل و در مقصد به شکل مورد نظر تنظيم و نصب کرد. مدتي است از روش‌هايي مشابه در صنعت هوافضا استفاده مي‌شود، به عنوان مثال براي انتقال ساختارهاي پيچيده به فرم فشرده‌شده که جاي بسيار کمتري اشغال مي‌کنند در سفرهاي فضايي.» 

صنعت هوافضا يکي از کاربردهاي احتمالي چاپ چهاربعدي است، اما دانشمندان براي اين فناوري جديد کاربردهاي ديگري مانند طراحي و ساخت سيستم‌هاي تهويه، مکانيسمي براي باز و بسته شدن والو‌ها و کاربردهاي پزشکي  مثل استنت را در نظر گرفته‌اند. در حال حاضر پژوهشگران اين ساختارها را با دست شکل مي‌بخشند، اما در حال پژوهش روي مکانيسمي هستند که سبب فعال شدن نيروي لازم براي تغيير ساختاري در واکنش به دما باشد. همچنين گفته شده کنترل ساختارها به کمک هواي فشرده و رطوبت هوا هم امکان‌پذير است.

منبع: مجله دانش بنیان