فتح الطباعة ثلاثية الأبعاد المستحثة بالبخار آفاقًا جديدة للتطبيقات الواقعية

يستمر عالم الطباعة ثلاثية الأبعاد في التطور من حيث القدرات والعمليات. دراسة حديثة أجراها مهندسون من جامعة فلوريدا نُشرت في Natural Communications تدفع هذه التقنية إلى أبعد من ذلك. يوضح التقرير طريقة جديدة للطباعة ثلاثية الأبعاد المستحثة بالبخار تكون أكثر اقتصادًا واستدامة من الأساليب الحالية. إليك ما تحتاج إلى معرفته.

طريقة طباعة ثلاثية الأبعاد جديدة

الطريقة الجديدة المسماة الطباعة ثلاثية الأبعاد المستحثة بفصل الطور (VIPS-3D) تعد بتوفير قدرات جديدة مع خفض التكاليف للمصنعين. يتيح هذا النهج الجديد للطباعة ثلاثية الأبعاد للمصنعين بناء أشكال أكثر تعقيدًا باستخدام مواد متعددة تشمل البوليمرات، المركبات، والمعادن.

استخدم مهندسو جامعة فلوريدا نهجًا جديدًا ومواد كيميائية لإنجاز هذه المهام. بدأ العملية باختيار الباحثين عملية الطباعة ثلاثية الأبعاد التي يرغبون في تحسينها. هناك طرق ومواد مختلفة تُستخدم في هذه التطبيقات ورغب الباحثون في إنشاء طريقة طباعة ثلاثية الأبعاد تدعم مستويات متفاوتة من المسامية.

هناك العديد من حالات الاستخدام التي تكون فيها المواد المسامية ضرورية. غالبًا ما تكون أكثر استقرارًا وخفة وزنًا وتستهلك مادة أقل. وبالتالي، كان هذا القطاع من سوق الطباعة ثلاثية الأبعاد محور تركيز الباحثين الذين يسعون لتحسين العمليات. إليكم كيف جعل هذا الفريق من العقول المبتكرة إمكانية طباعة أشكال خزفية ومعدنية مسامية معقدة.

كيف يعمل VIPS-3D

عملية الطباعة المستحثة بالبخار المستخدمة لتمكين هذه الطريقة من الطباعة ثلاثية الأبعاد تُسمى فصل الطور المستحث غير المذيب (NIPS). تعمل باستخدام بوليمر ثلاثي الأبعاد ومواد مركبة للطباعة. يُستخدم غير مذيب مبخر لتذويب الحبر القائم على البوليمر من العنصر المطبوع كجزء من هذه العملية.

بعد ذلك، يبدأ عملية إزالة المذيب منخفض التبخر. يُستخرج المذيب بطريقة متسقة مما يُقوِّي المادة بشكل متساوٍ. يتيح هذا الخطوة للطور البوليمري أن يبدأ في تقوية المادة. من الجدير بالذكر، أن هذه العملية أكثر مرونة من حيث المواد والأشكال.

فوائد VIPS-3D

تتمتع هذه الطريقة في الطباعة ثلاثية الأبعاد ببعض الفوائد الكبيرة التي يرغب فيها المتخصصون في الصناعة. أولاً، تتيح للمهندسين ضبط عوامل رئيسية مثل المسامية. بالإضافة إلى ذلك، يمكنهم تعديل تصاميمهم مكانيًا، مما يتيح الطباعة المباشرة لقطع متعددة المواد تعمل بشكل فعّال عند دمجها مع مواد متعددة.

المرونة

فائدة رئيسية أخرى هي المرونة الإضافية التي يجلبها VIPS-3D إلى السوق. تتيح العملية استخدام مجموعة واسعة من المواد. أثبت المهندسون أن الطريقة تعمل جيدًا في طباعة العناصر الخزفية والمعدنية. تجعل هذه القدرة من الممكن طباعة أشكال معقدة باستخدام مواد متعددة، بما في ذلك تلك التي تستفيد من جزيئات خزفية أو معدنية لتوفير الهيكل.
قابلية تعديل هذه العملية تُعد ميزة كبيرة قد تساعدها على العثور على حالات استخدام في السوق بسرعة أكبر. يتيح النظام للمستخدمين ضبط مسامية الخيوط المتداخلة والمواد الحاملة غير العضوية. يتيح لك هذا الخيار تعديل ظروف الطباعة. على سبيل المثال، يمكنك اختيار جعل العنصر أخف واستخدام مادة أقل ببساطة عن طريق زيادة مساميته أثناء التصنيع.

اقتصاديًا

أحد الأسباب الرئيسية للضجة الكبيرة حول هذه الطريقة الجديدة للطباعة ثلاثية الأبعاد هو أنها أكثر اقتصادًا من الأساليب التقليدية. يقلل استخدام المواد العضوية وطرق الطباعة الجديدة من التكاليف بشكل كبير.
بالإضافة إلى ذلك، بما أن المشروع يمكنه ضبط المسامية، فإن النفايات أو استخدام الحبر غير الضروري يقل. جميع هذه العوامل تُضيف إلى صافي الربح. بالنسبة لشركة تعتمد على الطباعة ثلاثية الأبعاد كجزء من نموذج أعمالها الأساسي، تُحدث هذه التكاليف فرقًا.

قليل البنية التحتية المطلوبة

عملية الطباعة ثلاثية الأبعاد المستحثة بالبخار للباحثين لها فائدة إضافية أخرى: تتطلب بنية تحتية أقل بكثير للإعداد، التشغيل، والصيانة. يتيح استخدام سائل غير مذيب استعادة معظم المادة. بالإضافة إلى ذلك، تستخدم هذه الطريقة من الطباعة ثلاثية الأبعاد كهرباء أقل بكثير مقارنة بالطرق الحالية. يسمح استخدام المذيب بتثبيت العنصر في مكانه دون الحاجة إلى إعادة طباعة كل قسم. وبالتالي، يصبح الإعداد والنقل والاستخدام أسهل.

ظروف الغرفة

من الجدير بالذكر، يمكن إجراء هذه الطريقة للطباعة ثلاثية الأبعاد تحت ظروف الغرفة العادية. هذه ميزة كبيرة لأولئك الذين يسعون لطباعة أنواع معينة من البوليمرات والمعادن التي قد تتطلب حرارة في كثير من الأحيان. يمكن أن تتم طباعة VIPS-3D للمواد البوليمرية، المعدنية، والمركبة في ظروف الغرفة مع نتائج ثابتة.

قابل لإعادة الاستخدام

تقدم طريقة VIPS-3D نظام استعادة المذيب. تمكّن هذه العملية من إعادة استخدام غير المذيب عدة مرات. بعد كل جلسة، يُزال المذيب ويُجمع. تضمن هذه الاستراتيجية عدم تسربه إلى البيئة وتوفر المال.

استخدام مستدام للطباعة المستحثة بالبخار

أحد الجوانب الأكثر إثارة في هذا المشروع هو استخدام سوائل صديقة للبيئة. تستفيد خيارات حبر الطباعة ثلاثية الأبعاد الجديدة من مواد بوليمرية قابلة للذوبان لا تضر بالبيئة. وبالتالي، يتوقع الكثيرون أن تكون الطباعة ثلاثية الأبعاد واحدة من أفضل الطرق للمساعدة في تقليل الأثر البيئي.

فريق المهندسين

من الجدير بالذكر، شمل البحث أساتذة الهندسة الميكانيكية والفضائية يونغ هوانغ، د.ف., ومارك سول-غراس، د.ف. كما أن سول-غراس هو المؤلف الرئيسي للمقال وكان طالبًا سابقًا للدكتور هوانغ. قدم الفريق طلبًا وحصل على براءتين اختراع كجزء من بحثهم، حيث جاء الجزء الأكبر من تمويل البحث من المؤسسة الوطنية للعلوم وإدارة الطاقة.

التطبيقات المحتملة

هناك العديد من التطبيقات التي تكون فيها المواد المسامية المطبوعة ثلاثيًا أمرًا حيويًا لإكمال المهمة. هناك أوقات تحتاج فيها إلى جعل العنصر مساميًا ليكون أخف وزنًا، أو يسمح بتدفق الهواء، أو يكون أكثر صلابة هيكليًا. إليكم الصناعات الرئيسية التي قد تؤثر عليها هذه التطورات.

الرعاية الصحية

إنشاء زرعات طبية مسامية أو غيرها من الأدوات المفيدة في الرعاية الصحية هو مثال مثالي على كيفية مساعدة هذه التقنية لملايين الأشخاص على تحسين حياتهم. بالفعل، أشار الباحثون إلى إمكانيتها في مجال هندسة أنسجة العظام.
يمكن لهذا القطاع أن يستخدم هذه الطريقة لإنشاء زرعات واقعية تتطابق مساميتها مع مسامية الخلايا الأخرى في جسمك. سيساعد هذا النهج على تقليل تأثير الأطراف الصناعية والزراعات من خلال تمكينها من الاندماج بشكل أفضل داخل جسمك.

الروبوتات الحيوية-الهجينة

مجال آخر يمكن أن يستفيد كثيرًا من دمج VIPS-3D هو الروبوتات الحيوية-الهجينة. تُبنى هذه الأجهزة لتقليد أو توسيع العمليات الميكانيكية الطبيعية. يمكنك التفكير في روبوتات تشبه البشر أو الحيوانات الأخرى. يمكنها حتى دمج الأنسجة العضوية مع العمليات الميكانيكية لتحقيق أهداف مذهلة.
الروبوتات الحيوية-الهجينة في تزايد ولسبب وجيه. يمكنها مساعدة ملايين الأشخاص. هناك بالفعل روبوتات حيوية-هجينة تساعد الناس على الكلام، المشي، وفي المستقبل، الرؤية. ساهم دمج الذكاء الاصطناعي في تعزيز هذه الصناعة. الآن، يمكن لـ VIPS-3D أن يساعد في جعل هذه العناصر أخف وزنًا، مما يحسن عمر البطارية وقابليتها للنقل.

الفضاء الجوي

صناعة الفضاء الجوي هي مجال آخر تزدهر فيه طرق الطباعة ثلاثية الأبعاد المسامية. تُعد المسامية أمرًا حاسمًا عند تقليل الوزن، وعند مناقشة الفضاء الجوي يكون الوزن دائمًا محور التركيز. يمكن للطريقة الجديدة تبسيط إنشاء منتجات فضائية خفيفة الوزن بسرعة.
قد تُستخدم هذه الطابعات ثلاثية الأبعاد يومًا ما لإنشاء قطع بديلة لمركبة فضائية. القدرة على تخصيص استخدام المواد ودمج البوليمرات والمعادن تجعلها الحل المثالي لهذه السيناريوهات.

الشركات التي قد تستفيد من الطباعة المستحثة بالبخار

هناك العديد من الصناعات والشركات التي ستشهد فوائد مباشرة من هذه التقنية إذا انتشرت. من الفضاء الجوي إلى الطاقة والسيارات، الطباعة ثلاثية الأبعاد في تزايد. إليكم بعض الشركات التي يمكنها الاستفادة من تقنية VIPS-3D لتحسين عروضها وموقعها في السوق.

1. Ansys Inc

تُعد Ansys شركة أمريكية متخصصة في برامج وخدمات محاكاة الهندسة وقد اكتسبت سمعة كقوة رائدة في السوق. تتخصص الشركة في خدمات المحاكاة التي تساعد في تصاميم المنتجات المعقدة. يمكن أن يساعد دمج VIPS-3D في تخفيف العديد من تحديات التصميم التي يواجهها عملاؤها.

تُعرف Ansys جيدًا في السوق وتُعد حاليًا أكبر شركة محاكاة هندسية في العالم. تمتد قاعدة عملائها إلى صناعات المواد، الطاقة، الرعاية الصحية، السيارات، والفضاء الجوي. ساعدت هذه القاعدة المتنوعة من العملاء والطلب على خدماتها الشركة في تأمين توقعات ربحية إيجابية مستمرة.

2. Materialise NV

تقدم Materialise NV ، الشركة البلجيكية، خدمات الطباعة ثلاثية الأبعاد للعملاء على مستوى المؤسسات. يوفر المُصنِّع حلولًا برمجية وحلول طباعة لجمهور عالمي.

شهدت الشركة نموًا ملحوظًا هذا العام. على وجه التحديد، حققت الشركة زيادة بنسبة 30٪ في الإيرادات بفضل نجاحها في قطاع التصنيع الإضافي الطبي.

الطباعة ثلاثية الأبعاد المستحثة بالبخار – مزيد من المتانة والاستدامة

عند النظر إلى هذه الطريقة الجديدة للطباعة ثلاثية الأبعاد، من السهل فهم لماذا يصفها الكثيرون بأنها مستقبل الصناعة. قدرتها على طباعة مواد متعددة بأشكال معقدة تجعلها فريدة. بالإضافة إلى ذلك، تركيزها على الاستدامة والاقتصاديات داخل عملية الإنشاء يجعلها الحل المثالي للعديد من الشركات في المستقبل.

تعرف على مشاريع طباعة ثلاثية الأبعاد المثيرة الأخرى هنا.