חוקרים מאוניברסיטת מיזורי פיתחו שיטת הדפסה תלת מימדית חדשה המאפשרת יצירה של התקנים מורכבים מרובי חומרים בתהליך אחד, מייעלת את הייצור ומשפרת את הקיימות הסביבתית. קרדיט: סם אוקיף
שיטת הדפסה תלת מימדית חדשנית מפשטת את הייצור של מוצרים מרובי חומרים.
חוקרים מאוניברסיטת מיזורי פיתחו שיטה ליצור מכשירים מורכבים עם מספר חומרים – כולל פלסטיק, מתכות, מוליכים למחצה – הכל עם מכונה אחת.
המחקר, שפורסם לאחרונה ב תקשורת טבעמתאר תהליך חדש של הדפסת תלת מימד ולייזר לייצור חיישנים מרובי חומרים, רב שכבות, לוחות מעגלים ואפילו טקסטיל עם רכיבים אלקטרוניים.
זה נקרא Freeform Multi-material Assembly Process, והוא מבטיח לחולל מהפכה בייצור מוצרים חדשים.
על ידי הדפסת חיישנים המוטמעים בתוך מבנה, המכונה יכולה ליצור דברים שיכולים לחוש בתנאי סביבה, כולל טמפרטורה ולחץ. עבור חוקרים אחרים, זה יכול להיות בעל אובייקט בעל מראה טבעי כמו סלע או צדף שיכול למדוד את תנועת מי האוקיינוס. עבור הציבור, יישומים יכולים לכלול מכשירים לבישים המנטרים לחץ דם וסימנים חיוניים אחרים.
התקדמות בטכניקות הדפסה תלת מימדית
באופן ספציפי, טכניקות אחרות נופלות בכל הנוגע לכמה צדדי החומר יכול להיות וכיצד ניתן למקם בדיוק רכיבים קטנים יותר בתוך מבנים תלת מימדיים גדולים יותר.
השיטה של צוות Mizzu משתמשת בטכניקות מיוחדות לפתרון בעיות אלו. חברי הצוות בנו מכונה בעלת שלוש חרירים שונים: אחת מוסיפה חומר דמוי דיו, אחר משתמשת בלייזר כדי לגלף צורות וחומרים, והשלישית מוסיפה חומרים פונקציונליים נוספים כדי לשפר את יכולות המוצר. זה מתחיל ביצירת מבנה בסיסי עם נימה רגילה להדפסת תלת מימד, כמו פוליקרבונט, סוג של תרמופלסטי שקוף. לאחר מכן, היא עוברת ללייזר כדי להמיר חלקים מסוימים לחומר מיוחד הנקרא מושרה בלייזר גרפן, לשים אותו בדיוק היכן שהוא נחוץ. לבסוף, נוספים חומרים נוספים כדי לשפר את היכולות הפונקציונליות של המוצר הסופי.
עבודה זו ממומנת על ידי הקרן הלאומית למדע (NSF) תוכנית הייצור המתקדם, ו-NSF I-CorpsTM התוכנית מספקת כספים לחקור מסחור.
"תוכנית I-Corps עוזרת לנו לזהות תחומי עניין וצרכים בשוק", אמר לין. "כרגע, אנחנו מאמינים שזה יעניין חוקרים אחרים, אבל אנחנו מאמינים שזה יועיל בסופו של דבר לעסקים. זה יקצר את זמן הייצור עבור אב טיפוס של מכשירים על ידי כך שיאפשר לחברות לייצר אבות טיפוס בעצמה. הטכנולוגיה הזו, הזמינה רק ב-Mizzou, מראה הבטחה גדולה לשינוי האופן שבו מוצרים מיוצרים וייצורם."
"זו הפעם הראשונה שבה נעשה שימוש בתהליך מסוג זה, והוא פותח אפשרויות חדשות", אמרה Bujingda Zheng, דוקטורנטית להנדסת מכונות ב-Mizzou והמחברת הראשית של המחקר. "אני נרגש מהעיצוב. תמיד רציתי לעשות משהו שאף אחד לא עשה מעולם, ואני מתחיל לעשות את זה כאן ב-Mizzou".
אחד היתרונות העיקריים הוא שהחדשנים יכולים להתמקד בעיצוב מוצרים חדשים מבלי לדאוג כיצד ליצור אבטיפוס שלהם.
"זה פותח את האפשרות לשווקים חדשים לגמרי", אמר ג'יאן "ג'אבן" לין, פרופסור חבר להנדסת מכונות וחלל ב-Mizzou. "יהיו לזה השפעות נרחבות על חיישנים לבישים, רובוטים הניתנים להתאמה אישית, מכשירים רפואיים ועוד."
טכניקות מהפכניות
נכון לעכשיו, ייצור מבנה רב-שכבתי – כגון לוח מעגלים מודפס – יכול להיות תהליך מסורבל הכולל שלבים וחומרים מרובים. תהליכים אלו יקרים, גוזלים זמן ועלולים ליצור פסולת הפוגעת בסביבה.
לא רק שהטכניקה החדשה טובה יותר לכדור הארץ, היא בהשראת מערכות שנמצאות בטבע.
"כל דבר בטבע מורכב מחומרים מבניים ופונקציונליים", אמר ג'נג. "למשל, לצלופחים חשמליים יש עצמות ושרירים שמאפשרים להם לנוע. יש להם גם תאים מיוחדים שיכולים לפרוק עד 500 וולט כדי להרתיע טורפים. תצפיות ביולוגיות אלו העניקו השראה לחוקרים לפתח שיטות חדשות לייצור מבנים תלת מימדיים עם יישומים רב תפקודיים, אך לשיטות מתפתחות אחרות יש מגבלות".
