محققان ساختارهای یخی خلاقانه از جمله یک اختاپوس را را با فناوری چاپ سه بعدی ایجاد کردند و می گویند از این فناوری میتوان در ساخت سازه های پیشرفته و مهندسی زیست پزشکی استفاده کرد.
به گزارش ایسنا به نقل از آی ای، محققان دانشگاه "کارنگی ملون" (CMU) روشی را برای چاپ سه بعدی سازه های هنری یخی ظریف توسعه داده اند.
بر اساس مقاله ای که در وبسایت رسمی این دانشگاه منتشر شده است، این روش ساخت با سرعت بالا و قابل تکرار، فرآیند چاپ سه‌بعدی (۳D printing) را متحول می کند.
"آکاش گارگ" دکترای مهندسی مکانیک و یکی از نویسندگان این مطالعه گفت: ما با استفاده از فرآیند چاپ ۳بعدی یخ خود می توانیم قالب های یخی در مقیاس کوچک با دیواره های صاف و ساختارهای منشعب بسازیم. این سازه ها متعاقباً میتوانند برای ساخت قطعات ظریف با حفره های داخلی استفاده شوند.
آب بعنوان یک انتخاب عالی برای کاربردهای مهندسی زیستی در نظر گرفته می شود، زیرا فراوان ترین ماده در سطح زمین و ماده اصلی سازنده همه موجودات زنده است و انتقال حالت ساده و سریع آب به یخ، فرصت های هیجان انگیزی را برای استفاده از آن به عنوان یک ماده ساختاری سازگار با محیطزیست باز می کند.
"گارگ" می گوید: در واقع هیچ چیز بیشتر از آب زیست سازگاری ندارد.
ساختارهای یخی چاپ سه بعدی شده به عنوان الگوهایی برای "قالب گیری معکوس" یا "چاپ سه بعدی زیر و رو" استفاده می شود. ساختارهای یخی در یک ماده ساختاری سرد مانند رزین به شکل مایع یا ژل غوطه ور می شوند.
سپس آب بعداز یکدست شدن یا سفت شدن مواد خارج می شود. برای این منظور میتوان یخ را برای تخلیه آب، ذوب کرد. در روش دیگر، یخ را می توان با تبدیل آن به بخار آب به جای آب مایع تصعید کرد. از آنجایی که یخ را می توان به راحتی تصعید کرد، پس از ریخته گری و جامد شدن مواد ساختاری اطراف به راحتی می توان آنرا جدا کرد.
یک سیستم چاپ سه بعدی با وضوح بالا برای رسوب قطرات آب بر روی یک پلتفرم کنترل شده با دمای منفی ۳۵ درجه سانتیگراد استفاده می شود که به سرعت آب را به یخ تبدیل می کند.
این فرآیند جدید با تعدیل فرکانس جهش قطرات آب و همگام سازی آن، امکان چاپ اشکال هندسی مختلف و شاخه دار با سطوح صاف را فراهم می کند.
محققان این موضوع را با چاپ سه بعدی یک درخت، یک مارپیچ و حتی یک سازه یخی یک و نیم میلی متری شبیه به هشت‌پا نشان دادند.
محققان می گویند، به دلیل تغییر حالت سریع آب و استحکام یخ، چاپ سه بعدی ساختارهای یخی بدون نیاز به چاپ لایه به لایه یا سازه های پشتیبان وقت گیر امکان پذیر می شود.
"گارگ" توضیح داد: کنترل بسیاری از پارامترها چالش برانگیز بود و ما به تدریج به این پیچیدگی رسیدیم.
آزمایش هایی برای تعیین نحوه چاپ، سرعت چاپ و فرکانس های قطرات مورد نیاز برای ساخت ساختارهای یخی با هندسه های مختلف به روشی تکرارپذیر انجام شد.
"بوراک اوزدوگانلار" از دانشگاه "کارنگی ملون" که بر این مطالعه نظارت داشته است، آنرا یک دستاورد شگفت انگیز که پیشرفت های هیجان انگیزی را بهمراه خواهد داشت، توصیف می کند.
وی می گوید:ما بر این باوریم که این رویکرد، پتانسیل بسیار زیادی برای متحول کردن مهندسی بافت و سایر زمینه ها دارد، جایی که ساختارهای مینیاتوری با کانال های پیچیده مانند میکروسیال ها و رباتیک نرم موردنیاز است.
فرآیند چاپ سه‌بعدی (۳D printing) یخ در کمتر از یک سال آینده می تواند برای کاربردهای مهندسی مانند ایجاد کانال های پنوماتیک برای رباتیک نرم استفاده شود. با این حال، کاربرد بالینی آن برای مهندسی بافت مدت بیشتری طول خواهد کشید.
این مطالعه در مجله Advanced Science منتشر شده است.
- 13
- 3
