نظرة جديدة على الطباعة ثلاثية الأبعاد الهجينة المعدنية والبلاستيكية

نظرة جديدة على الطباعة ثلاثية الأبعاد الهجينة المعدنية والبلاستيكية

الطباعة ثلاثية الأبعاد

تطورت تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد (3D) بشكل كبير خلال العقد الماضي لدرجة أنها أصبحت الآن قابلة للتطبيق للإنتاج الضخم في البيئات الصناعية.

تُعرف الطباعة ثلاثية الأبعاد أيضًا باسم “التصنيع الإضافي”، وهي تتيح للفرد إنشاء كائنات ثلاثية الأبعاد معقدة بشكل عشوائي مباشرة من موادها الخام.

عملية تصنيع الفتيل المنصهر

في عملية تصنيع الفتيل المنصهر، وهي أكثر عمليات الطباعة ثلاثية الأبعاد شيوعًا، يتم صهر البلاستيك أو المعدن وبثقه من خلال فوهة صغيرة بواسطة رأس الطابعة ثم يتجمد على الفور ويندمج مع بقية القطعة.

ومع ذلك، نظرًا لاختلاف نقاط انصهار البلاستيك والمعادن اختلافًا كبيرًا، فقد اقتصرت هذه التقنية على إنشاء أشياء إما من المعدن أو البلاستيك فقط – حتى الآن.

إنتاج أجسام ثلاثية الأبعاد مصنوعة من المعدن والبلاستيك

في دراسة حديثة نُشرت في Additive Manufacturing، طور علماء من جامعة واسيدا باليابان تقنية هجينة جديدة يمكن إنتاج أجسام ثلاثية الأبعاد مصنوعة من المعدن والبلاستيك.

يوضح البروفيسور شينجيرو أوميزو، الذي قاد الدراسة، دوافعهم: “على الرغم من أن الطابعات ثلاثية الأبعاد تتيح لنا إنشاء هياكل ثلاثية الأبعاد من المعدن والبلاستيك، فإن معظم الأشياء التي نراها من حولنا هي مزيج من الاثنين، بما في ذلك الأجهزة الإلكترونية.

وبالتالي، اعتقدنا أننا سنكون قادرين على توسيع تطبيقات الطابعات ثلاثية الأبعاد التقليدية إذا تمكنا من استخدامها لإنشاء كائنات ثلاثية الأبعاد مصنوعة من المعدن والبلاستيك. “

تعد طريقتهم في الواقع تحسينًا كبيرًا على عملية المعدنة التقليدية المستخدمة لطلاء الهياكل البلاستيكية ثلاثية الأبعاد بالمعدن. في الطريقة التقليدية، يتم طباعة الجسم البلاستيكي ثلاثي الأبعاد ثم يُغمر في محلول يحتوي على البلاديوم (Pd)، والذي يلتصق بسطح الجسم.

بعد ذلك تُغمر القطعة في مغطس طلاء عديم الكهرباء يؤدي، باستخدام Pd المترسب كمحفز، إلى التصاق أيونات معدنية مذابة بالجسم. في حين أن الطريقة التقليدية سليمة من الناحية الفنية، فإنها تنتج طلاءًا معدنيًا غير متجانس ويلتصق بشكل سيء بالهيكل البلاستيكي.

نظرة عامة على الطريقة التقليدية والمقترحة لمعدن هيكل بلاستيكي مطبوع ثلاثي الأبعاد. على عكس التقنية التقليدية، فإن طريقة الفوهة المزدوجة المقترحة تنتج كائنات ثلاثية الأبعاد بطبقة معدنية موحدة وقوية الالتصاق في المناطق المرغوبة فقط.

في الطريقة الهجينة الجديدة

في المقابل في الطريقة الهجينة الجديدة، يتم استخدام طابعة ذات فوهة مزدوجة؛ تقوم إحدى الفوهة ببثق البلاستيك المصهور القياسي (أكريلونيتريل بوتادين ستايرين، أو ABS) بينما تقوم الفوهة الأخرى ببثق مادة ABS محملة بـ PdCl2.

من خلال طباعة الطبقات بشكل انتقائي باستخدام فوهة واحدة أو أخرى، يتم تحميل مناطق محددة من الكائن ثلاثي الأبعاد بـ Pd. ثم من خلال الطلاء غير الكهربائي، يحصل المرء أخيرًا على هيكل بلاستيكي بطبقة معدنية فوق مناطق محددة فقط.

وجد العلماء أن التصاق الطلاء المعدني أعلى بكثير عند استخدام نهجهم. علاوة على ذلك، نظرًا لأنه يتم تحميل Pd في المواد الخام، فإن أسلوبهم لا يتطلب أي نوع من التخشين أو النقش لهيكل ABS لتعزيز ترسب المحفز، على عكس الطريقة التقليدية.

هذا مهم بشكل خاص عند التفكير في أن هذه الخطوات الإضافية تسبب ضررًا ليس فقط للكائن ثلاثي الأبعاد نفسه، ولكن للبيئة أيضًا، بسبب استخدام المواد الكيميائية السامة مثل حمض الكروميك. أخيرًا، نهجهم متوافق تمامًا مع الطابعات ثلاثية الأبعاد الحالية لتصنيع الفتيل المنصهر.

المستقبل القريب

يعتقد Umezu أن الطباعة ثلاثية الأبعاد الهجينة المعدنية والبلاستيكية يمكن أن تصبح وثيقة الصلة بالموضوع في المستقبل القريب بالنظر إلى استخدامها المحتمل في الإلكترونيات ثلاثية الأبعاد، والتي هي محور تركيز إنترنت الأشياء وتطبيقات الذكاء الاصطناعي القادمة.

ويضيف في هذا الصدد، “لقد أتاحت طريقة الطباعة الهجينة ثلاثية الأبعاد لدينا إمكانية تصنيع إلكترونيات ثلاثية الأبعاد بحيث تصبح الأجهزة والروبوتات المستخدمة في الرعاية الصحية والرعاية التمريضية أفضل بكثير مما لدينا اليوم”.

نأمل أن تمهد هذه الدراسة الطريق لتقنية الطباعة الهجينة ثلاثية الأبعاد التي ستمكننا من الحصول على أفضل ما في العالمين – المعدن والبلاستيك مجتمعين.

يمكن قراءة المزيد من الابتكارات والاختراعات المختلفة من خلال الضغط هنا

للاطلاع على المزيد من المواضيع وأبرز المقالات عبر موقع سجلات الأردن اضغط هنا