پرینت سه‌ بعدی با استفاده از مشتقات سلولز

در دنیای امروز ما، حذف پلاستیک غیرقابل‌تصور است. این ماده معایب بسیاری دارد: تولید و سوختن آن‌ حجم زیادی کربن دی‌اکسید تولید می‌کند، مواد اولیه فسیلی را تخریب می‌کند و محل‌های انباشت زباله را افزایش می‌دهد. پژوهشگران روسی در ژورنال Angewandte chemie راهی جدید معرفی می‌کنند: پلیمری که کاملا از بیومس ساخته می‌شود و می‌تواند به‌راحتی و بدون صرف هزینه‌های گزاف در پرینت سه‌بعدی استفاده شود. اشیاء تولیدشده در این روش، کیفیت بالایی دارند، به‌راحتی بازیافت می‌شوند و در برابر حلال مقاوم هستند.

فرایندهای معمول برش، صیقل، چرخاندن، فرز و ... مواد هدررفته‌ی زیادی تولید می‌کند. در مقابل، فرایندهای پرینت سه‌بعدی، اتلاف ماده ندارند؛ زیرا در آن‌ها، مواد سه‌بعدی لایه به لایه تولید می‌شوند. معمول‌ترین تکنیک مورد استفاده در پرینت سه‌بعدی، مدل‌سازی ذوب‌شده‌ی دپوزیشن نامیده می‌شود. در این فرایند، مواد خام از طریق یک نازل داغ روی پایه‌ای متحرک پاشیده می‌شوند.

پرینتر فرمی برنامه‌ریزی شده مانند چاپگرهای دوبعدی معمول ایجاد می‌کند؛ با این تفاوت که به جای جوهر، مقدارهای اندکی از پلیمر آزاد می‌کند. لایه به لایه مواد روی هم انباشته می‌شوند تا زمانی که شکل سه‌بعدی مورد نظر ساخته شود. با این حال پلیمرهایی که تا به امروز استفاده می‌شوند، معایبی دارند که استفاده از آن‌ها را محدود می‌کند. برخی از این پلیمرها توسط حلال‌های آلی تخریب می‌شوند. از سوی دیگر، پلیمرهای مقاوم به حلال، در برابر گرما ضعیف هستند و لایه‌های آن‌ها به‌درستی روی هم قرار نمی‌گیرد؛ در نتیجه در فرایند چاپ سه‌بعدی اختلال ایجاد می‌شود.

والنتین آنانیکوف در آکادمی علوم روسیه و گروه همراه او، این مشکل را با توسعه‌ی فرایندی پایدار حل کرده‌اند: پرینت سه‌بعدی با استفاده از پلیمری به نام پلی‌اتیلن-۲و۵-فوران دی‌کربوکسیلات (PEF) که از سلولز به دست می‌آید.

این تیم توانست با استفاده از یک پرینتر سه‌بعدی تجاری و در شرایط استاندارد، اشیاء را با موفقیت بسازد. هر لایه‌ی چاپ‌شده به‌خوبی به دیگر لایه‌ها چسبیده بود. سطح مورد نظر صاف و کیفیت شیء بسیار عالی بود. آزمایش‌ها نشان دادند که اشیاء چاپ‌شده، در برابر دی‌کلرومتان (یکی از قوی‌ترین حلال‌ها) مقاوم هستند. پلیمر استفاده‌شده در این فرایند (PEF) مقاومت حرارتی بالایی دارد؛ در نتیجه می‌توان اشیاء چاپ‌شده را بارها ذوب و به اشیائی جدید تبدیل کرد.

محاسبات کامپیوتری نشان می‌دهند که واحدهای سازنده ی PEF اجزایی غیر خطی دارند که باعث شکل‌گیری پیچش می‌شوند و نوعی ساختار فضایی جدید ایجاد می‌کند. دیگر خاصیت مهم PEF، قطبش‌پذیری بیشتر آن است. پژوهشگران باور دارند که تنوع ساختاری PEF باعث می‌شود کاربردهای جدید و عالی برای آن داشته باشیم.

سارا احمدی