فناوری چاپ سه‌بعدی اتفاق تازه‌‌ای نیست، اما دانشمندان در سال جاری، پیشرفت‌های بسیار زیادی در زمینه تکنولوژی پرینت سه‌بعدی داشتند. آن‌ها توانستند به کمک تکنولوژی چاپ سه‌بعدی اشیای بسیار زیادی تولید کنند.

فناوری چاپ سه‌بعدی سال‌ها است پا به عرصه وجود گذاشته است، اما دانشمندان رفته رفته محدودیت‌های آن را از بین می‌برند، به طوری‌که در سال ۲۰۱۷ با استفاده از آن توانستند اشیایی با جزییات فوق‌العاده پیچیده تولید کنند. یکی دیگر از پیشرفت‌های آن‌ها، استفاده از موادی عجیب برای ساخت اشیای سه‌بعدی بوده است. به عنوان نمونه می‌توان به پنیر و شیشه اشاره کرد.

پیشرفت فناوری چاپ سه‌بعدی

این تکنولوژی به حدی توسعه یافته که نه تنها سال‌ها است برخی قطعات پیچیده خودروها را به وسیله آن تولید می‌کنند، بلکه گفته شده در آینده‌ای نزدیک حتی ممکن است یک اتومبیل کامل به وسیله پرینترهای سه‌بعدی غول‌پیکر ساخته شود! در هر صورت کاربرد اصلی آن، ساخت وسایل، ابزارها و مخصوصا قطعات در ابعاد کوچک است، اما در برخی مواقع می‌توان از اتصال این اجسام، اشیای بزرگتری ایجاد کرد. در ادامه لیستی از اشیای عجیب که به لطف فناوری چاپ سه‌بعدی در سال ۲۰۱۷ تولید شده‌اند را مشاهده می‌کنید.

ماسک سگ

یک توله سگ که از زخم‌های روی صورت خود به شدت رنج می‌برد، نخست بیماری محسوب می‌شود که از چنین ماسکی برای کمک به درمان مشکلش استفاده شده است. استخوان گونه سمت راست، استخوان آرواره و بخشی از مفصل صورت این سگ به نام لوکا، وقتی یک سگ دیگر به آن حمله کرد آسیب دید.

این سگ بسیار خوش‌شانس بود، چرا که وقتی آن را به دانشگاه کالیفرنیا دانشکده دامپزشکی دیویس آوردند، تعدادی از دانشمندان و مهندسان آن مشغول تست ماسک جدیدی برای سگ‌ها بودند. لوکا، نخستین سگی بود که در شرایط اضطراری قرار داشت و می‌توانست بهترین سوژه برای تست ماسک جدید باشد.

مهندسان ابتدا جمجمه لوکا را اسکن کردند تا بلکه بتوانند با استفاده از فناوری چاپ سه‌بعدی، یک ماسک سفارشی‌سازی شده برای آن بسازند. به کمک این ماسک، استخوان‌های شکسته صورت سگ در جای خود نگه داشته می‌شوند. در ماه‌های ابتدایی، غذا خوردن برای لوکا بسیار دشوار بود، اما بعد از گذشته سه ماه، همان بهبودی که دانشمندان انتظار داشتند در صورت حیوان مشاهده شد.

خانه مسکونی

نخستین خانه مسکونی ایجاد شده به وسیله فناوری چاپ ۳ بعدی، طی ۲۴ ساعت در حومه مسکوی روسیه ساخته شد. دیوارهای این خانه دارای مساحت ۳۷ متر مربع، با استفاده از یک چاپگر سه‌بعدی همراه که به دست استارتاپ روسی Apis Cor توسعه پیدا کرده، ساخته شده است. به جای ساخت پنل‌های بتنی به صورت تکی به منظور سوار کردن آن‌ها بر روی یکدیگر به طور دستی، این پرینتر دیوار را به صورت یک سازه متصل کاملا به هم پیوسته ایجاد کرد. شکل نامتعارف و گرد مانند خانه نیز به خاطر همین شیوه ساخت ممکن شده است.

سقف خانه، درب‌ها و پنجره‌ها تنها بخش‌هایی بودند که کارگران مجبور شدند آن‌ها را بعد از ساخت دیوارها به صورت دستی بر روی سازه سوار کنند. هزینه ساخت این خانه مسکونی به وسیله فناوری چاپ سه‌بعدی ۱۰ هزار و صد و سی و چهار دلار بوده است که به ازای هر متر مربع، ۲۷۵ دلار می‌شود. بر اساس گفته‌های سازنده، بیشترین هزینه صرف ساخت پنجره‌ها و درب‌ها شده است.

به عقیده مجری پروژه، استفاده از فناوری چاپ سه‌بعدی نه تنها سرعت ساخت سازه‌ها را افزایش می‌دهد، بلکه به لطف آن ساخت و ساز آسیب کمتری به محیط زیست وارد خواهد کرد.

خانه شیشه‌ای

شیشه، ماده‌ای است که از زمان مصر باستان توسط انسان مورد استفاده قرار می‌گرفته است. استفاده از این ماده در فناوری چاپ ۳بعدی کمی پیچیده است، چرا که باید به اندازه هزار درجه سانتیگراد به آن حرارت داد. پرینترهای سه‌بعدی معدودی قادر به انجام این کار هستند و برای آن از لیزر استفاده می‌کنند. با این حال محصولات ساخته شده به وسیله چنین روشی اغلب غیرقابل استفاده هستند.

اما دانشمندان آلمانی موسسه تکنولوژی Karlsruhe به وسیله تکنیکی جدید مشکل را حل کردند. به کمک تکنیک آن‌ها، ساخت سازه‌های شیشه‌ای با استفاده از پرینترهای سه‌بعدی مرسوم ممکن می‌شود، بدون اینکه حتی نیازی به استفاده از گرمادهی به وسیله لیزر باشد.

مهندسان به عنوان ماده ابتدایی، از شیشه مایع که مخلوطی از نانوذرات سیلیس پراکنده شده در محلول اکریلیک استفاده کردند. یک شی بعد از ساخته شدن به وسیله فناوری چاپ سه‌بعدی در برابر نور یو-وی قرار می‌گیرد تا تبدیل به ماده‌ای پلاستیکی سخت همچون شیشه اکریلیک شود. این جسم سپس به اندازه هزار و سیصد درجه سانتیگراد حرارت می‌بیند تا پلاستیک از آن جدا شده و ترکیب نانوذرات سیلیکا با هم تبدیل به یک سطح صاف شوند. محصول نهایی، یک ساختار شیشه‌ای شفاف خواهد بود. خانه شیشه‌ای که در تصویر بالا مشاهده می‌کنید، به همین روش ساخته شده است.

پنیر

برخلاف شیشه، پنیر را می‌توان خیلی ساده ذوب کرد. به همین دلیل دانشمندان محصولات لبنی را سوژه‌های خوبی برای استفاده از فناوری چاپ سه‌بعدی به منظور تولید مواد غذایی به شمار می‌آورند.

تیمی از محققان در دانشکده علوم غذایی و تغذیه دانشگاه کورک ایرلند، از مخلوطی شبیه به آن چه در ساخت پنیر فناوری شده استفاده می‌شود بهره برده و از طریق فناوری چاپ ۳بعدی، یک پنیر فناوری شده جدید تولید کردند. مخلوط آن‌ها پیش از وارد شدن به درون پرینتر سه‌بعدی در دو نرخ اکستروژن مختلف، به اندازه ۷۵ درجه سانتیگراد و برای دوازده دقیقه حرارت دیده بود. منظور از نرخ اکستروژن، سرعتی است که پرینتر سه‌بعدی، پنیر ذوب شده را از طریق سرنگ به بیرون هدایت می‌کند.

پنیر فناوری شده به وسیله فناوری چاپ سه‌بعدی از مخلوطی از مواد مختلف همچون چندین امولسیون، روغن‌های گیاهی اشباع شده، نمک اضافی، رنگ طبیعی، پروتئین خالص و شکر تشکیل می‌شود. ممکن است از نظر علم تغذیه، این سالم‌ترین پنیر موجود در دنیا نباشد، به همین دلیل دریافت تاییدیه غذایی آن در هاله‌ای از ابهام قرار دارد.

با این حال از منظر مهندسان، تولید این پنیر فرآوری شده یک دستاورد مهم در دنیای پرینت سه‌بعدی محسوب می‌شود. محصول به دست آمده در مقایسه با پنیر فرآوری نشده حدود ۴۵ تا ۴۹ درصد نرم‌تر بوده و از نظر رنگ، کمی تیره‌تر از آن است. داشتن ارتجاع بیشتر و روان بودن بیشتر در زمان ذوب شدن، از دیگر ویژگی‌های آن محسوب می‌شوند. در نتیجه‌گیری از این مطالعه، هیچ نظری در مورد طعم و مزه این پنیر ارائه نشده است.

مانکن‌های کودک زنده

در سال جاری، محققان هلندی به وسیله فناوری پرینت ۳ بعدی اقدام به ساخت نمونه‌هایی از بدن کودکان به همراه ارگان‌های آن در ابعاد کوچک کردند. هدف اصلی آن‌ها، در اختیار داشتن نمونه‌هایی کاملا شبیه به بدن انسان برای بهبود شیوه‌های تدریس بود.

مانکن‌هایی که پزشک‌ها در حال حاضر برای امور آموزشی از آن‌ها استفاده می‌کنند دارای ساختار مکانیکی بوده و به همین دلیل شکنندگی واقعی بدن نوزاد را به پزشکان نشان نمی‌دهند. همین نیاز سبب شد یک مهندس پزشکی در دانشگاه صنعتی آیندهوون هلند دست به کار شده و طرحی برای استفاده از فناوری پرینت ۳ بعدی ارائه کند.

فناوری چاپ سه‌بعدی به این فرد و تیمش اجازه داد یک آناتومی دقیق متشکل از ارگان‌ها و اعضای درونی واقعی بدن بسازند. به منظور رسیدن به سطوح بالایی از دقت در طراحی، آن‌ها از اسکن MRI ارگان‌های درونی بدن نوزادان تازه متولد شده استفاده کردند. هر ارگان همراه با جزییات زیادی به دست آمده بود. به عنوان نمونه قلب نوزاد با دقت بالایی دارای دریچه‌های شبیه به نمونه واقعی بود. دقت این مانکن‌ها به حدی است که مایعی شبیه به خون درون رگ‌های آن جاری شده است.

آن‌ها امیدوارند به لطف در اختیار داشتن مانکن‌های تقریبا شبیه به نمونه واقعی، تحقیقات بسیار حرفه‌ای‌تری انجام داده و بازخوردهای دقیقی دریافت کنند. به عقیده سازنده، وقتی پزشک‌ها به قسمت خاصی از درون بدن مانکن وارد شده و بر روی آن تحقیقات انجام می‌دهند، حس شکافتن بدن یک نوزاد واقعی را تجربه خواهند کرد.

چشم

هلندی‌ها در زمینه فناوری چاپ سه‌بعدی فعالیت مناسبی در سال ۲۰۱۷ داشتند. یکی دیگر از دستاوردهای آن‌ها، توسعه چشم‌هایی است که به کودکان دارای چشمان پرورش یافته به صورت ناقص کمک می‌کند طبیعی به نظر برسند. متاسفانه این چشم‌ها تنها به بازگرداندن ظاهر طبیعی چشم کمک کرده و توانی برای بازگرداندن قدرت دید ندارند.

از هر ۱۰۰ هزار کودک، ۳۰ مورد همراه با مشکلاتی به نام‌های میکروفتالمی و انوفتالمی به دنیا می‌آیند، به همین دلیل چشم‌های آن‌ها به صورت ناقص پرورش یافته و یا به طور کامل فاقد چشم هستند. در نتیجه کاسه چشم آن‌ها فاقد پشتیبانی ساختاری است تا بلکه صورت به شیوه‌ای عادی شکل بگیرد.

اگر یک فرد بالغ چشم‌های خود را از دست بدهد، عمل پروتز چشم بر روی وی انجام خواهد شد، اما انجام چنین کاری بر روی کودکان امکان‌پذیر نیست. به لطف‌های چشم‌های جدید ساخته شده با استفاده از فناوری چاپ سه‌بعدی می‌توان ساختارهایی ارزان و در اندازه‌های مختلف را در بازه زمانی قابل قبول ایجاد کرد. اهمیت قرار دادن چنین ساختاری این است که بدون چشم، استخوان اطراف کاسه چشم تحریک‌پذیری لازم را نداشته و به همین دلیل کل صورت به شیوه‌ای عادی شکل نخواهد گرفت. در نتیجه شکل ظاهری و صورت فرد نافرم می‌شود. این چشم‌ها تاکنون بر روی چشم گروهی کوچک از کودکان آزمایش شده‌اند.

ربات صخره‌نوردی

این ربات دارای پاهای چاپ شده به صورت سه‌بعدی و از جنس پلاستیک بوده و می‌تواند بر روی زمین‌های سخت حرکت داشته باشد، عملی که ربات‌های عادی از انجام آن عاجز هستند. مهندسان دانشگاه ایالتی سن دیگو کالیفرنیا، پاهای این ربات را طراحی و عملکرد و رفتار آن طی شرایط مختلف را مدل‌سازی کردند. به عنوان نمونه نحوه حرکت این ربات در سطح‌های نرم و یا ماسه‌ای، در فضاهای محدود و باریک و همچنین حین بالا رفتن از صخره از قبل بررسی و به آن آموزش داده شده است.

آن‌ها در نهایت طرحی را انتخاب کردند که از سه لوله‌ مارپیچ مانند متصل شده به یکدیگر تشکیل شده و از درون خالی است. این طرح از ترکیبی از مواد نرم و سفت و سخت ساخته شده است. وقتی این پاها رو به جلو قدم برمی‌دارند، شرایط زمین را بررسی کرده و خود را از طریق پیستون‌های تعبیه شده طبق وضعیت وفق می‌دهند. این پیستون‌ها در واقع بسته به شرایط متورم شده و نحوه گام برداشتن ربات را تغییر می‌دهند. به عقیده سازنده، شگفتی این اختراع در توانایی خم شدن آن در تمامی جهات است.

خنده (اثر هنری)

نخستین قطعه هنری ساخته شده در فضا و اطراف ایستگاه فضایی بین‌المللی، با استفاده از فناوری چاپ سه‌بعدی تولید شد. این اثر هنری نمایشگر خنده انسان بوده و حاصل یک پروژه مشترک محسوب می‌شود. افراد علاقه‌مند به دانش هوافضا قادر بودند از طریق یک اپلیکیشن در ساخت این اثر هنری شرکت داشته باشند. طرح آن‌ها در نهایت تبدیل به یک مدل سه‌بعدی دیجیتالی شبیه به ستاره شد.

نزدیک به ۱۰۰ هزار نفر با خنده‌های خود در تکمیل این پروژه شرکت کردند. در نهایت بهترین خنده براساس خنده ناتیا جین استانکو از لاس‌وگاس انتخاب شد. طرح نهایی سرانجام به ایستگاه فضایی بین‌المللی مخابره و با استفاده از یک پرینتر سه‌بعدی، تبدیل به شی‌ای واقعی شد.

میکرودوربین

محققان آلمانی، یکی از پرکاربردترین اشیای ممکن را در سال ۲۰۱۷ با استفاده از فناوری چاپ سه‌بعدی تولید کردند. میکرودوربین آ‌ن‌ها را می‌توان در پهپادهای کوچک و همچنین ربا‌ت‌ها و آندوسکوپ‌های مخصوص جراحی کوچک به کار برد.

از جمله مهم‌ترین قابلیت‌های این دوربین، دید چشم عقاب است که به لطف آن، در آن واحد تمرکز بر روی اشیای محیطی درون اطراف و همچنین مشاهده اشیای واقع در فواصل دور امکان‌پذیر می‌شود. برای ساخت آن، مهندسان موسسه اپتیک فنی در دانشگاه اشتوتگارت آلمان، خوشه‌های چهار لنز را با استفاده از تکنیکی به نام نوشتن لیزر طی یک کوادریلیوم ثانیه، در یک چیپ تصویربرداری پرینت کردند.

لنزهای کوچک تولید شده از نظر عریض یا باریک بودن و همچنین پایین یا بالا بودن رزولوشن با یکدیگر تفاوت دارند. اندازه چهار لنز می‌تواند تا ۳۰۰ میکرومتر (۰٫۰۳سانتی‌متر) در هر طرف کاهش پیدا کند. این تقریبا مساوی با یک دانه شن است. به گفته سازنده، با ساخته شدن چیپ‌های کوچکتر در آینده، ساخت دستگاه‌های کوچکتر از این نیز ممکن خواهد شد.