روش جدید چاپ سه بعدی

روش جدید چاپ سه بعدی توسط یک تیم از محققان دانشگاه کالیفرنیا توسعه یافته است و اثبات شد که با اعمال تغییرات در جوهر LCE کنترل شکل مواد آسان‌تر می‌شود .

یک تیم از محققان دانشگاه کالیفرنیا واقع در سن دیگو ( محققان پروژه روش جدید چاپ سه بعدی ) ، به منظور تولید و کنترل بهتر شکل ماهیچه‌های مصنوعی ( Artificial muscles ) ، روبات‌های نرم ( Soft robots ) و دستگاه‌های پوشیدنی ( Wearable devices ) یک روش جدید چاپ سه بعدی را توسعه داده‌اند .

ماهیچه مصنوعی ( Artificial muscles ) ( روش جدید چاپ سه بعدی ) : ماهیچه مصنوعی شامل مواد و ابزارهایی است که توانایی برگشت پذیری ، توانایی کش آمدن و قابلیت چرخش حول یک محور ( به کمک یک نیروی محرک خارجی ) را دارند .

رباتیک نرم ( Soft robotics ) ( روش جدید چاپ سه بعدی ) : رباتیک نرم ، زیر شاخه خاصی از رباتیک است که در آن ساخت ربات توسط مواد بسیار سازگار ( مانند اندام‌های موجودات زنده ) انجام می‌شود .

دستگاه‌های پوشیدنی ( Wearable devices ) ( روش جدید چاپ سه‌بعدی ) : دستگاه‌های پوشیدنی یا ابزارهای پوشیدنی شامل ابزارهای جانبی هستند که مردم از آن‌ها استفاده می‌کنند ( یا آن‌ها را می‌پوشند ) . نمونه‌هایی از این ابزارها شامل ساعت مچی اپل ، ساعت مچی عقربه‌ای سامسونگ و غیره است .

جزئیات خبر روش جدید چاپ سه بعدی

این تیم نشان دادند که با تنظیم دمای چاپ الاستومرهای کریستال مایع  ( LCE_S )  ، می‌توان میزان سختی و ظرفیت انعقاد مواد ( که درجه عمل هم نامیده می‌شود ) را تنظیم کرد . علاوه بر این ، محققان پروژه روش جدید چاپ سه‌بعدی نشان دادند که سختی مناطق مختلف در همان ماده ( الاستومر ) نیز می‌تواند با قرار گرفتن در معرض حرارت تغییر کند . بعنوان مثال یک ناحیه از ساختار LCE می‌تواند شبیه عضلات منقبض و سخت شود ؛ در حالی که ناحیه دیگر شبیه تاندون انعطاف پذیر شود .

الاستومرهای کریستال مایع  ( LCEs ) ( ماده مورد استفاده در پروژه روش جدید چاپ سه بعدی ) لاستیک‌هایی با خصوصیات مشابه کریستال مایع هستند که کاربردهای وسیعی در زمینه‌های نوری ، فوتونیک ، ارتباطات راه دور و پزشکی دارند .

محققان با راهنمایی Shengqiang Cai ، استاد گروه مهندسی مکانیک و هوافضا در دانشکده مهندسی UC San Diego Jacobs ، نتایج پژوهش خود را در ۲۵ سپتامبر ۲۰۲۰ در مجله Science Advances ارائه کردند . شکل زیر اطلاعاتی کلی در خصوص این مقاله ارائه کرده است .

• 

این تیم مشتاق بود تا این ماده را با تهیه نمونه‌هایی از طبیعت و زیست شناسی با درجات مختلفی از محرکات ( نیروی محرک خارجی ) ، مورد بررسی قرار دهند .

Zijun Wang اولین نویسنده ( مقاله روش جدید چاپ سه بعدی ) و دانشجوی دکتری دانشکده مهندسی Jacobs دانشگاه کالیفرنیا ، سن دیگو : پرینتر سه بعدی ابزاری عالی برای ساخت اشیای مختلف است . مزایای این ابزار با انجام این تحقیق ( ما توانستیم سازه‌هایی که می‌توانند تحت یک محرک خاص بطور مطلوب منقبض و منبسط شوند را چاپ کنیم ) بهتر هم شده است .

درک خصوصیات مواد

این تیم ( محققان پروژه روش جدید چاپ سه‌بعدی ) در ابتدا برای پی بردن به چگونگی تغییر ویژگی‌های LCE  ، این ماده را با دقت و جزئی بررسی کردند . آن‌ها سپس ثابت کردند که رشته چاپی  LCE از یک هسته و پوسته تشکیل شده است . پوسته پس از چاپ به سرعت خنک شده و سفت‌تر می‌شود ، در حالی که هسته به تدریج خنک شده و شکل پذیر و منعطف باقی می‌ماند . بنابراین ، دانشمندان پروژه روش جدید چاپ سه‌بعدی توانستند اثر تعدادی از پارامترها در فرآیند چاپ ، به ویژه دما ، را در تغییر ویژگی‌های مکانیکی LCE بررسی کنند . بطور خلاصه ، هرچه دمای چاپ بیشتر باشد ، انعطاف پذیری مواد افزایش می‌یابد . اگرچه تهیه جوهر LCE به چند روز زمان نیاز دارد ، چاپ حقیقی سه بعدی فقط در ۱ تا ۲ ساعت انجام می‌شود ( بر اساس هندسه ساختاری که باید چاپ شود ) .

Shengqiang Cai استاد گروه مهندسی مکانیک و هوافضا ( محقق پروژه روش جدید چاپ سه بعدی ) ، دانشکده مهندسی  Jacobs دانشگاه کالیفرنیا ، سن یگو : بر اساس رابطه‌ای که بین خواص رشته LCE و پارامترهای چاپ وجود دارد ، ساخت سازه‌هایی با خصوصیات درجه بندی شده ( مورد نظر ) آسان است .

تغییر دما در سازه‌های چاپ سه‌بعدی

به عنوان مثال ، یک دیسک LCE ( ماده مورد استفاده در پروژه روش جدید چاپ سه بعدی ) که در دمای ۴۰ درجه سانتی گراد چاپ شده است و سپس در آب گرم تا دمای ۹۰ درجه سانتی گراد گرم شده است ، از شکل دیسکی به شکل مخروطی تغییر شکل می‌دهد . بنابراین می‌توان گفت که یک دیسک LCE متشکل از مناطقی است که در دماهای مختلف چاپ می‌شوند و با گرم شدن به شکل‌های کاملا متفاوتی تبدیل می‌شوند .

این تیم ( محققان پروژه روش جدید چاپ سه بعدی ) همچنین سازه‌های LCE  دو لایه را به صورت سه بعدی چاپ کرده است  . این سازه‌ها دارای ویژگی‌های مختلفی هستند و درجه آزادی بیشتری را برای تحریک این ماده ارائه می‌کنند . علاوه بر این ، آن‌ها با استفاده از این ماده سازه‌های شبکه‌ای که در کاربردهای پزشکی مورد استفاده قرار می‌گیرد ، را چاپ کردند .

در نهایت ، به منظور درک بیشتر مفاهیم ، محققان پروژه روش جدید چاپ سه بعدی یک لوله LCE را به صورت سه بعدی چاپ کردند و نشان دادند که در دمای بالا ( تقریبا ۹۴ درجه سانتی گراد ) این لوله می‌تواند بهتر از یک لوله استاندارد با خواص همگن به یک صفحه شیشه‌ای سخت بچسبد . این لوله می‌تواند منجر به تولید پا و چنگال‌های رباتیک بهبود یافته شود .

تحریک ماده LCE ( ماده مورد استفاده در پروژه روش نوین چاپ سه بعدی ) نه تنها با آب گرم بلکه با افزودن ذرات حساس به حرارت و یا ذراتی که نور را جذب می‌کنند و آن را به گرما تبدیل می‌کنند ( از گرافن گرفته تا پودرهای جوهر سیاه ) انجام شود . روش دیگر چاپ سه‌بعدی سازه‌ها با استفاده از سیم‌های الکتریکی است که گرمای مورد نیاز LCE ( ماده مورد استفاده در پروژه روش نوین چاپ سه بعدی ) را تولید می‌کند . مراحل بعدی شامل کشف روشی برای تغییر کارآمدتر و دقیق‌تر خواص مواد است . این تیم همچنین در تلاش است تا با تغییر نوع جوهر ، سازه‌های چاپ شده با قابلیت خود ترمیم شده و قابلیت بازیافت تولید کنند .

خلاصه خبر روش جدید چاپ سه بعدی

یک تیم از دانشگاه کالیفرنیا با ایجاد تغییرات دمایی و افزودن پرکننده‌های خاص به الاستومرهای کریستال مایع ( LCE_S ) موفق به چاپ سه بعدی سازه‌هایی با قابلیت انقباض و انبساط شدند . این مواد پس از چاپ نیز با یک نیروی محرک خارجی مثلا اعمال حرارت به آسانی تغییر شکل می‌دهند ؛ در نتیجه کنترل اشکال مورد نظر بهبود می‌یابد .

منبع خبر : سایت azom

تاریخ انتشار خبر : ۱۱ مهر ماه ۱۳۹۹

کد خبر : ۷۴۵