الطباعة ثلاثية الأبعاد الهولوجرافية تمكّن الباحثين من الطباعة داخل جسمك

تستمر عمليات التصنيع الإضافي في الاستفادة من الابتكار. هذا الأسبوع، قدم مجموعة من الباحثين في جامعة كونكورديا طريقة لاستخدام الهولوجرامات لطباعة تصاميم معقدة ثلاثية الأبعاد وأكثر. ومن الجدير بالذكر أن طريقة الطباعة ثلاثية الأبعاد الهولوجرافية تُعتبر من قبل الكثيرين حلاً للعديد من أوجه القصور في التقنيات الحالية. إليك كل ما تحتاج إلى معرفته حول الطباعة ثلاثية الأبعاد الهولوجرافية ولماذا هي مستقبل الصناعة.

شهد قطاع الطباعة ثلاثية الأبعاد نمواً هائلاً خلال العقد الماضي عبر جميع المقاييس، بما في ذلك عدد المستخدمين، والتقنيات، وعلوم المواد، والطرق. لا تزال أكثر أشكال الطباعة ثلاثية الأبعاد شيوعاً تعتمد على الحرارة والليزر لتشكيل المادة إلى الشكل المطلوب. وعلى الرغم من فعالية هذه الاستراتيجية، إلا أنها لا تزال تترك الكثير من المتطلبات غير مُلباة للمستخدمين.

الطباعة الصوتية المباشرة (DSP)

في عام 2022، تم تقديم طريقة للطباعة ثلاثية الأبعاد باستخدام الموجات الصوتية إلى السوق. تعتمد هذه الاستراتيجية على الموجات الصوتية لتصلب مادة الطباعة إلى الشكل المطلوب. تُستخدم الموجات الصوتية لإنشاء التجويف الذي يحدث عندما ينخفض الضغط الساكن إلى ما دون ضغط البخار في السائل. هذه الحالة تُنتج مليثانية من الضغط العالي والحرارة. تُستغل هذه الحرارة لتصلب مواد الطباعة ثلاثية الأبعاد بسرعة.

الطباعة الصوتية الهولوجرافية المباشرة (HDSP)

اقترح الباحثون تحسيناً لطريقة DSP الحالية في مقالة حديثة نُشرت في مجلة Nature Communications تُدعى الطباعة الصوتية الهولوجرافية المباشرة (HDSP). تستخدم هذه المقاربة الجديدة الهولوجرامات الصوتية لتحسين العملية. يستخدم الهولوجرام موجات صوتية مُنقّطة خصيصاً تُحدث فقاعات تجويف في مواقع محددة.

المصدر – كونكورديا الطباعة ثلاثية الأبعاد الهولوجرافية

توفر فقاعات التجويف الصوتية المُفعَّلة كيميائياً بوليمرة إقليمية فورية حسب الطلب، مما يمكّن الباحثين من الطباعة باستخدام الصوت بشكل أكثر فاعلية وتفصيلاً. وفقاً للدراسة، تسمح عملية الطباعة للمهندسين بفحص وتخزين صور مقطعية للطباعة المطلوبة، مما يعزز قدرات التصميم ويسمح للباحثين بتحسين الهيكلة الداخلية.

طابعة HDSP

تم إعداد طابعة HDSP بطريقة معاكسة للعديد من سابقتها. بدلاً من تحريك ذراع الطباعة، يتحرك منصة مدفوعة بمحرك المادة داخل الصورة الهولوجرافية الثابتة. يستخدم النظام أنماطاً مبرمجة مسبقاً تعتمد على خوارزميات متقدمة لتوجيه الذراع الروبوتية حول الصورة الهولوجرافية، مما يسمح بحدوث التفاعلات الصوتية الكيميائية وتصلب الطباعة.

اختبار الطباعة ثلاثية الأبعاد الهولوجرافية

تناقش ورقة البحث طرق الاختبار المستخدمة لتقييم عملية التصنيع الإضافي الجديدة. أجرى الباحثون سلسلة من تجارب السونو-كيميولومينيسنس والتصوير عالي السرعة لقياس قدرات وأداء HDSP. تم تتبع تفاصيل رئيسية بما في ذلك حساب مفصل لعملية البلمرة، وتأثيرات الضبط، وحركات الروبوت، وحسابات البرمجيات.

نتائج الطباعة ثلاثية الأبعاد الهولوجرافية

تُعد نتائج الدراسة تغييراً جذرياً. أولاً، لاحظ الباحثون وجود علاقة مباشرة بين معدل التغذية وقدرتهم على إجراء تعديلات على الطباعة المعقدة. بناءً على ذلك، دمج الفريق خوارزميات برمجية متقدمة لتحسين المعلمات وفقاً لاحتياجات كل طباعة. أسفر هذا الإجراء عن هياكل مطبوعة بدقة عالية يمكنها التفوق على التصاميم السابقة.

واصل الفريق بحثه في قدرة HDSP على الطباعة عبر مجموعة متنوعة من المواد. كما اختبروا تأثيرات الهولوجرامات على العملية تحت مستويات مختلفة من الشدة، والتصميم، والموضع. وأخيراً، فحصوا كيف تؤثر الهياكل المختلفة، مثل المسامية والمواد، على عملية الضبط.

الطباعة عن بُعد (RDP)

أهم اختراق في هذا البحث يدور حول الطباعة عن بُعد. وجد المهندسون أنهم قادرون على طباعة أشياء خلف الجدران والهياكل الأخرى باستخدام HDSP. يمكن أن تمكّن هذه الطريقة من الطباعة الداخلية مستقبلًا من طباعة أجزاء سيارتك في مكانها بدلاً من تركيبها. والأكثر إثارة، يمكن استخدام نفس الاستراتيجية لطباعة الأعضاء أو إصلاح الأضرار الداخلية بطريقة غير جراحية.

فوائد الطباعة ثلاثية الأبعاد الهولوجرافية

قدم الباحثون حجة قوية توضح لماذا تتفوق HDSP على DSP في جميع الفئات تقريباً. أولاً، هي أسرع بكثير من طريقة DSP الأصلية التي كانت محدودة باستراتيجية الطباعة خلية بخلية. تمكّن HDSP مناطق متعددة من التصلب في آن واحد. والنتيجة أن بإمكانك الطباعة بسرعة تصل إلى 20 مرة أسرع باستخدام طرق DHSP.

إجراء تعديلات

فائدة أخرى تقدمها HDSP هي القدرة على تعديل الصور أثناء عملية الطباعة. في طريقة الطباعة ثلاثية الأبعاد التقليدية، يُطبق كل طبقة وتُصلب، مما يعني عدم إمكانية إجراء تعديلات إذا كان المكوّن قد أُضيف بالفعل. يستطيع مستخدمو HDSP تعديل الهولوجرام، مما يغيّر الطباعة تلقائياً بجهد قليل. وبالتالي، يقل الهدر لأن هذا النهج يقلل من أخطاء الطباعة.

طباعة تصاميم معقدة باستخدام الطباعة ثلاثية الأبعاد الهولوجرافية

تفتح HDSP الباب أمام مستوى جديد من التعقيد في السوق. يمكن لهذه الطابعة إنشاء تصاميم معقدة ذات داخلية باستخدام الموجات الصوتية، مما يمكّن المهندسين من تطوير خيارات أخف وزنًا وأكثر فاعلية دون التضحية بالأداء والمتانة.

الطباعة المتعددة

ميزة أخرى تغير قواعد اللعبة تقدمها HDSP هي القدرة على إنشاء أجسام متعددة في آن واحد. يسمح النظام لك بتعظيم الجهود من خلال دمج طباعة متعددة خلال جلسة واحدة. يمكن للنظام استيعاب طباعة مختلفة في مواقع مختلفة، مما يزيد من مساحة الطباعة ويقلل من أوقات الطباعة.

الطباعة ثلاثية الأبعاد الهولوجرافية توفر مرونة

وحدة HDSP هي جهاز متعدد الاستخدامات قدم مستوى جديد من المرونة إلى السوق. يمكن للمستخدمين تعديل مواد الطباعة، وإنشاء أشكال معقدة، والطباعة عبر أسطح غير شفافة باستخدام هذه الطريقة. ستؤدي هذه المرونة المضافة إلى مزيد من الابتكار والتعاون عبر الصناعات.

المواقع التي يصعب الوصول إليها

فائدة أخرى عظيمة تجلبها HDSP هي قدرتها على الطباعة في مواقع يصعب الوصول إليها تقريباً. تخيل أن سيارتك متوقفة وطائرة إصلاح تُخبرك بأنها ستطبع مروحة جديدة لأن المروحة القديمة معطلة. الآن، بدلاً من فتح الغطاء، يُستخدم صورة هولوجرافية لطباعة المروحة الجديدة في موقعها، دون الحاجة إلى تركيب.

التطبيقات المحتملة للطباعة ثلاثية الأبعاد الهولوجرافية

هناك عدة تطبيقات محتملة لتقنية HDSP، والتي قد توفر دفعة ضرورية للقدرات عبر الأسواق في السنوات القادمة. إليك أهم التطبيقات المحتملة لتقنية HDSP.

الرعاية الصحية

سيساعد استخدام HDSP في المجال الطبي والبيوميديكال على خفض التكاليف، وتحسين سلامة المرضى، وتوسيع الوصول إلى مناطق أكثر من العالم. تستطيع أنظمة HDSP طباعة هياكل نسيجية معقدة، ومركبات توصيل الأدوية، وحتى طُعمات جلدية. كل هذه الخيارات تحسن فرص البقاء مقارنةً بسابقتها ويمكن طباعتها داخلياً، مما يلغي الحاجة إلى عمليات جراحية غازية.

الباحثون

أجرى باحثو قسم الهندسة الميكانيكية والصناعية والفضائية في جامعة كونكورديا البحث والاختبار لعملية HDSP. قاد الفريق أستاذ يُدعى موثوكوماران باكيريسامي. جاء تمويل المشروع من منح رعاية من FQRNT (Fonds de Recherche du Québec, Canada)، واكتشاف NSERC للباحث ر.ب.، وكراسي البحث في كونكورديا.

الشركات التي تُحدث ضجة في قطاع الطباعة ثلاثية الأبعاد

يتضمن سوق الطباعة ثلاثية الأبعاد الآن المزيد من الخيارات والمواد والأجهزة أكثر من أي وقت مضى. يمكنك اليوم طباعة أي شيء من قطعة بلاستيك صغيرة إلى منزل كامل وكل ما بينهما. تفتح هذه العمليات المتقدمة باباً للمزيد من الابتكار وتدفع حدود التكنولوجيا.

Nano Dimension Ltd.

دخلت Nano Dimension Ltd (NNDM ) السوق في عام 2022 وسرعان ما اكتسبت موطئ قدم في قطاع الطباعة الإلكترونية ثلاثية الأبعاد. تُعرف الشركة بطابعات DragonFly الخاصة بها. تسمح هذه الأجهزة الصغيرة للباحثين بطباعة لوحات دوائر مخصصة لمشاريع النانو.

NNDM مخطط السعر

من الجدير بالذكر أن الشركة أطلقت مؤخرًا طابعة Dragonfly 4، التي حسّنت من أدائها. بالإضافة إلى ذلك، تقدم الشركة الآن حل طباعة مباشرة للمعادن بالليزر. كل هذه العوامل تجعل من Nano Dimension Ltd إضافة حكيمة لأي محفظة تسعى لدخول سوق الطباعة النانوية.

الطباعة ثلاثية الأبعاد الهولوجرافية – الطباعة خلف جلدك

فكرة طباعة أو إصلاح أعضائك داخل جسمك باستخدام الموجات الصوتية تبدو كأنها خرجت من فيلم خيال علمي مستقبلي. ومع ذلك، تجعل هذه الدراسة هذه المهمة التي تبدو مستحيلة واقعاً. عندما تُدمج مع القدرات الكاملة لـ HDSP والأداء المضاف، من السهل رؤية أن هذه الطابعة ستُحدث موجات جديدة في المستقبل.

تعرف على مشاريع طباعة ثلاثية الأبعاد أخرى Projects