نخستین چاپگر سه بُعدی که در چند ثانیه اشیا را تولید می‌کند (+عکس)

موبنا – چاپگرهای سه‌بعدی که هم اکنون مورد استفاده قرار می‌گیرند در بهترین حالت ممکن برای ساخت شیئ مورد نظر چند ساعت یا چند روز زمان صرف می‌کنند. با این وجود گروهی از دانشمندان و مهندسان با سرپرستی «آزمایشگاه ملی لاورنس لیورمور» (LLNL) در آمریکا موفق به ارایه فرآیند جدیدی شدند تا با استفاده از لیزرهای شبیه به هولوگرام، اشیاء‌ مورد نظر خود را داخل مخزن حاوی ماده رزین در کمتر از چند ثانیه تولید کنند. این فرآیند «چاپ سه بعدی حجمی» نامگذاری شده است و اتفاق مذکور بسیاری از محدودیت‌های کنونی برای ساخت اشیا با چاپگر سه بعدی را از بین می‌برد.

چاپگرهای سه‌بعدی که این روزها کار تولید اشیا با دقت بالا را آسان کرده‌اند، بزرگترین تحول را برای ساخت نمونه اولیه محصولات ایجاد کردند تا کارخانه‌ها بتوانند پیش از آنکه یک قطعه را به تولید انبوه برسانند، از این طریق با پرداخت حداقل هزینه نمونه اولیه قطعه مورد نظر خود را در اختیار داشته باشند. با این وجود چاپگرهای سه‌ بعدی محدودیت‌هایی را هم پیش روی خود می‌بینند. فرآیند معمول در چاپ سه بعدی به گونه‌ای انجام می‌شود که شیئ مورد نظر به صورت لایه لایه در نظر گرفته می‌شود و سپس دستگاه لایه ها را یکی پس از دیگری روی هم قرار می‌دهند تا محصول نهایی ساخته شود. اشیا پلاستیکی در این روش می‌توانند از طریق پاشیدن خرده پلاستیک‌ها در یک الگوی سه‌بعدی ایجاد شوند و اشیا فلزی نیز به وسیله قرار دادن لایه‌های از ذرات کوچک فلز شکل می‌گیرند و در نهایت اشیعه لیزر یا پرتوهای الکترونی روی آنها تابیده می‌شود تا شکل نهایی را به دست آورند.

این فرآیند به گونه‌ای است که امکان می‌دهد تا نمونه اولیه اشیا بسیاری سریع‌تر از تولید ماشینی و کارخانه‌ای ارایه شوند و همچنین چاپگرهای سه بعدی قادر هستند اشکال بسیار پیچیده که در واحدهای مختلف ساخته می‌شوند را ارایه کنند تا به جا آنکه طراحان مجبور به ساده سازی محصولات باشند، محصول نهایی با پیچیدگی کامل تولید شود. با این وجود چاپگرهای سه بعدی برای آنکه یک قطعه را ارایه دهند به چندین ساعت یا چندین روز زمان احتیاج دارند و حین چاپ شیئ مورد نظر ممکن است لازم شود ساختارهای موقت در دستگاه به کار گرفته شوند تا شیئ نهایی کامل شود.

به هر حال، دستگاه جدیدی که در آزمایشگاه تخصصی LLNL‌ و با همکاری دانشگاه «یو‌سی برکلی»، «دانشگاه روچستر» و دانشگاه MIT ساخته شده است فرآیند چاپ سه‌ بعدی حجمی را جایگزین چاپ لایه‌ای می‌کند تا بتواند در آن واحد شیئ مورد نظر را به صورت یکپارچه تولید کند. دستگاه جدید این فرآیند را با استفاده از سه لیزر که نور آنها همپوشانی می‌شود، پیش می‌برد و این فرآیند در یک الگوی شبیه به هولوگرام در یک مخزن شفاف حاوی رزین‌های پلاستیکی انجام می‌شود. زمانی که شیئ مورد نظر در معرض تابش نور با پرتوی کوتاه قرار می‌گیرد رزین‌ها برای کوتاه‌ مدت تغییر حالت نمی‌دهند، با این وجود وقتی که به صورت همزمان از سه لیزر استفاده می‌شود تنها 10 ثانیه طول می‌کشد تا شیئ مورد نظر ساخته شود. زمانی که شیئ مذکور شکل نهایی خود را پیدا کرد، رزین‌های اضافه از مخزن تخلیه می‌شوند تا شکل نهایی به صورت واحد باقی بماند.

«ماکسیم شاستف» از محققان آزمایشگاه LNLL در این خصوص گفت: «در حقیقت شما می‌توانید در یک گام تمام قطعات سه بعدی مورد نظر خود را با این دستگاه تولید کنید و برای این کار به هیچ گونه فرآیند تولیدی و کارخانه‌ای مجزا نیاز ندارید. ما در تلاشیم تا با این دستگاه بتوانیم یک شیئ سه بعدی را عرض چند ثانیه و به صورت کامل به تولید برسانیم. تلاش‌های گسترده باعث شد تا بتوانیم با این چاپگر سه بعدی حجمی این اتفاق را محقق سازیم».

نتایج حاصل از بررسی محققان آزمایشگاه تخصصی LNLL برای سخت این چاپگر سه بعدی حجمی در آخرین شماره از نشریه بین‌المللی «علوم پیشرفته» منتشر شده است و کارشناسان طی آن توضیح دادند که با این اتفاق برای نخستین بار توانسته اند اشیا سه بعدی را در کمتر از 10 ثانیه به تولید برسانند.