چاپ ۳بعدی اشیای پیچیده با بهره گیری از یک ماده ناشناخته!
انجمن پارسیان: چاپ گر سه بعدی ابداع شده در دانشگاه «ام آی تی» می تواند به پایدارتر کردن روش چاپ سه بعدی کمک نماید و امکان چاپ با مواد تجدیدپذیر یا بازیافتی را فراهم آورد که تا حالا ناشناخته مانده اند.
به گزارش انجمن پارسیان به نقل از ایسنا، چاپ سه بعدی یک روش محبوب برای خیلی از فعالان حوزه های علم و فناوری است.
به نقل از ام آی تی نیوز، باآنکه چاپ سه بعدی هم اکنون محبوبیت زیادی پیدا کرده است اما خیلی از مواد پلاستیکی را که این چاپگرها برای ایجاد اشیاء استفاده می نمایند، نمی توان به سادگی بازیافت کرد. مواد جدید پایدار برای چاپ سه بعدی درحال ظهور هستند اما استفاده از آنها دشوار است چونکه تنظیمات چاپگر سه بعدی باید برای هر ماده تنظیم شود و این فرایند عمدتا با دست انجام می گیرد.
برای چاپ یک ماده جدید از ابتدا، معمولاً باید تا ۱۰۰ پارامتر در یک نرم افزار تنظیم شوند که نحوه قالب زدن مواد را هنگام ساخت یک شیء توسط چاپگر کنترل می کند. موادی مانند پلیمرهای تولید انبوه که معمولاً مورد استفاده قرار می گیرند، مجموعه ای از پارامترها را بوجود آورده اند که از راه فرآیندهای خسته کننده و آزمون و خطا تکمیل شده اند.
خصوصیت های مواد تجدیدپذیر و قابل بازیافت برپایه ترکیب آنها می تواند به صورت گسترده در نوسان باشد. بنابراین، ایجاد یک مجموعه از پارامترهای ثابت حدودا غیر ممکن است. در این حالت، کاربران باید همه پارامترها را به صورت دستی ارائه نمایند.
پژوهشگران دانشگاه «ام آی تی»(MIT) با توسعه یک چاپ گر سه بعدی که می تواند پارامترهای یک ماده ناشناخته را به صورت خودکار شناسایی کند، این مشکل را حل کرده اند.
گروهی از پژوهشگران «مرکز بیت ها و اتم ها»(CBA) در دانشگاه ام آی تی با همکاری «مؤسسه ملی استاندارد و فناوری آمریکا»(NIST) و «مرکز ملی پژوهش های علمی یونان»(Demokritos)، قالب زدن را که مانند قلب یک چاپگر سه بعدی است، اصلاح کردند تا بتواند نیروها و جریان یک ماده را اندازه گیری نماید.
این داده ها که از راه یک آزمایش ۲۰ دقیقه ای جمع آوری می شوند، به یک تابع ریاضی راه می یابند که برای تولید خودکار پارامترهای چاپ مورد استفاده قرار می گیرد. این پارامترها را میتوان در نرم افزار چاپ سه بعدی وارد کرد و برای چاپ با موادی که قبلا دیده نشده اند، مورد استفاده قرار داد.
پارامترهای ساخته شده به صورت خودکار می توانند جایگزین حدود نیمی از پارامترهایی شوند که تنظیم آنها معمولاً باید با دست انجام بگیرد. پژوهشگران در یک مجموعه از چاپ های آزمایشی با مواد منحصربه فرد همچون چندین ماده تجدیدپذیر نشان دادند که روش آنها می تواند به صورت مداوم پارامترهای قابل دوام را تولید نماید.
این پژوهش می تواند به کاهش اثرات زیست محیطی تولید مواد افزودنی کمک نماید که معمولاً بر پلیمرهای غیر قابل بازیافت و رزین های به دست آمده از سوخت های فسیلی متکی است.
«نیل گرشنفلد»(Neil Gershenfeld) مدیر مرکز بیت ها و اتم ها و پژوهشگر ارشد این پروژه اظهار داشت: ما در این پژوهش، روشی را نشان داده ایم که می تواند همه بیومواد جالب ساخته شده از منابع مختلف پایدار را استفاده نماید و نشان دهد که چاپگر می تواند به تنهایی نحوه چاپ کردن مواد را بیابد. هدف اینست که چاپ سه بعدی پایدارتر شود.
تغییر دادن خصوصیت های مواد
در فرایند «ساخت فیلامان ذوبی»(FFF) که اغلب در نمونه سازی سریع استفاده می شود، پلیمرهای مذاب از راه یک نازل گرم شده لایه به لایه بیرون می آیند تا یک شیء را بسازند. نرم افزار معروف به «اسلایسر»(slicer)، دستورالعمل هایی را به دستگاه عرضه می دهد اما اسلایسر باید طوری پیکربندی شود که با یک ماده خاص کار کند.
استفاده کردن از مواد تجدیدپذیر یا بازیافتی در یک چاپ گر سه بعدی FFF بخصوص چالش برانگیز است چونکه متغیرهای زیادی وجود دارند که بر خواص مواد تاثیر می گذارند. بعنوان مثال، یک پلیمر یا رزین زیستی امکان دارد از ترکیبات متعدد گیاهان فصلی تشکیل شده باشد. خواص مواد بازیافتی هم برپایه آن چه برای بازیافت در دسترس قرار دارد، بسیار متفاوت می باشد.
پژوهشگران ام آی تی برای غلبه بر این چالش ها، یک چاپ گر سه بعدی با گردش کار جدید ابداع کردند تا پارامترهای فرایند قابل اجرا را برای هر ماده ناشناخته به صورت خودکار شناسایی کند.
آنها کار خویش را با چاپ گر سه بعدی که لابراتوار آنها پیش تر ساخته بود، آغاز کردند که می توانست داده ها را ثبت کند و بازخوردها را هنگام کار عرضه نماید. پژوهشگران سه نوع تجهیزات را به بخش قالب ریزی دستگاه اضافه کردند تا اندازه گیری های مورد استفاده را برای محاسبه پارامترها انجام دهند.
استخراج داده ها
هنگامی که تجهیزات جدید در جای خود قرار گرفتند، پژوهشگران یک آزمایش ۲۰ دقیقه ای انجام دادند که یک مجموعه خوانش دما و فشار را با جریان های متفاوت بوجود می آورد. این آزمایش شامل تنظیم نازل چاپ در گرم ترین دمای آن، به جریان درآوردن مواد با سرعت ثابت و سپس خاموش کردن سیستم حرارتی است. «جیک رید»(Jake Read) پژوهشگر ارشد این پروژه اظهار داشت: فهمیدن این که چطور می توان آن آزمایش را انجام داد، واقعا دشوار بود.
این داده ها به تابعی وارد می شوند که پارامترهای واقعی را به صورت خودکار برای پیکربندی مواد و دستگاه، برپایه ورودی های دما و فشار نسبی بوجود می آورد. سپس، کاربر می تواند آن پارامترها را در نرم افزار چاپ سه بعدی وارد کند و دستورالعمل هایی را برای چاپگر به وجود بیاورد.
در آزمایش های صورت گرفته با شش ماده متفاوت که برخی از آنها زیست محور بودند، این روش به صورت خودکار پارامترهای قابل قبولی را ایجاد کرد و پارامترها به صورت مداوم توانستند به چاپ موفق یک شیء پیچیده بپردازند.
پژوهشگران قصد دارند در مراحل بعد، این فرایند را با نرم افزار چاپ سه بعدی ادغام کنند تا نیازی به وارد کردن دستی پارامترها وجود نداشته باشد. علاوه بر این، پژوهشگران می خواهند گردش کار خویش را با ترکیب کردن یک مدل ترمودینامیکی بالا برند که بخشی از چاپگر است و رشته های مواد را ذوب می کند.
این پژوهش در مجله «IMMI» به چاپ رسید.
این مطلب را می پسندید؟
(1)
(0)
تازه ترین مطالب مرتبط
نظرات بینندگان در مورد این مطلب