حال و آینده چاپ سه بعدی تجهیزات و روبات‌ها

تصویر: کوچک‌ترین روبات.   OlVic
 
ایده ایجاد یک جسم فیزیکی از یک فایل دیجیتالی جذاب است. این خاطره تکثیر کننده‌ها در فیلم پیشتازان فضا را زنده می‌کند که می‌توانستند هر چیزی، از لباس گرفته تا اجزای سفینه فضایی تا غذاهای مختلف، را ایجاد کنند. چاپ سه بعدی امروز، با ابراز علاقه بسیاری از تولید کنندگان، در این راستا گام های چشمگیری بر می‌دارد. اکنون می‌توان قطعات را برای دستگاه‌های الکترونیکی پیشرفته با تجهیزات نسبتاً ساده چاپ کرد - به عنوان مثال تیم تحقیقاتی من این را با تولید آن چه که ما معتقدیم اولین میکروفون چاپ شده سه بعدی است، نشان داده است.
 
امکان چاپ سه بعدی با طیف کاملی از مواد مختلف، از جمله چیزهایی مثل چوب و نقره وجود دارد. با این حال، بیشتر ماشین‌ها به چاپ محصولات مصنوعی محدود می‌شوند، مانند پلاستیک، پلیمرهای لاستیکی و نایلون. ماشین آلات معمولاً یک ماده را در یک نوبت چاپ می‌کنند، یا بین یک پالت از دو یا سه ماده، کار را عوض می‌کنند. اما این هنوز پتانسیل زیادی را برای چاپ سه بعدی به جا می‌گذارد، خصوصاً با دادن خواص مختلف به مواد. شما این کار را با مخلوط کردن نانو ذرات از ماده دیگری که خواص مورد نظر شما را دارد، انجام می‌دهید.
 
اگر می‌خواهید مواد چاپی شما مثلاً رسانا باشد، نانو لوله‌های نقره، طلا یا کربن را اضافه می‌کنید. این امر باعث می‌شود مدارهای الکترونیکی را بتوان چاپ کرد. اگر می‌خواهید مواد پیزو الکتریک بسازید – یعنی موادی که در صورت فشار، می‌توانند بار الکتریکی ایجاد کنند- ممکن است تیتانات باریم اضافه کنید. این می‌تواند به یک سنسور برای تشخیص مواردی مانند صدا یا گرما تبدیل شود؛ یا به یک محرک تبدیل شود که وسیله‌ای است که باعث می‌شود سایر اجزای موجود حرکت کنند.
 
با جا به جایی بین مدارها، سنسورها و محرک‌ها در یک چاپ واحد، می‌توانید یک مؤلفه سه بعدی کاری ایجاد کنید. مردم طی چند سال گذشته از این تکنیک برای چاپ چیزهایی مانند اجزای نوری برای مثلاً لنزها یا پانل‌ها استفاده می‌کنند، و برای شتاب سنج‌ها – دستگاه‌هایی که حرکت همه چیز را از سرعت در حال اجرای انسان تا زمین لرزه اندازه گیری می‌کنند. درست به همین ترتیب این امکان به ما داده شد که میکروفون خود را بسازیم و آن را فقط در عرض شش ساعت از یک فایل دیجیتالی به واقعیت تبدیل کنیم.
 

پلاستیک خود را تهیه کنید

در حالت ایده آل می‌توانستیم از یکی از پرینترهای محبوب MakerBot 3D استفاده کنیم، که قیمت آن از زیر 1000 پوند شروع می‌شود، اما اگر ذرات ریز به مواد خود اضافه کنید، آنها خوب کار نمی‌کنند. آنها با فشردن یک رشته از رزین پلاستیکی کار می‌کنند، که پس از خنک شدن تنظیم می‌شود، اما نانو ذرات تمایل دارند که این سیستم را چسبی کنند - به خصوص اگر به اندازه ماده در داخل آن بگذارید تا خواص جدید را تقویت کنید.
 
در عوض ما از Asiga Pico 27 ​​plus استفاده کردیم که بیش از 6000 پوند قیمت دارد. این چاپگر از سیستمی به نام پردازش نور دیجیتال استفاده می‌کند، که در آن پلاستیک با قرار گرفتن در معرض نور ماوراء بنفش جامد می‌شود. به نور با انعکاس آن از 4000 میکرو آینه دیجیتالی، مانند نمونه‌هایی که در پروژکتورهای فیلم خانگی مورد استفاده قرار می‌گیرد، الگو داده می‌شود. اگر می‌خواهید مواد چاپی شما سانا باشد، نانو لوله‌های نقره، طلا یا کربن را اضافه کنید. برای ساختن یک مدل، شما فقط یک سری از تصاویر دو بعدی را روی پلاستیک مایع قرار می‌دهید و هر بار که یک لایه تقویت می‌شود، مدل را کمی به سمت بالا حرکت می‌دهید. نانو ذرات میزان قرار گرفتن در معرض نور مورد نیاز رزین را تغییر می‌دهند و تمایل به جذب یا پراکندگی نور دارند، اما هنگامی که این مورد را در نظر گرفتید، چاپ می‌تواند کاملاً روان انجام شود.
 
یکی از اشکالات پردازش نور دیجیتال این است که با تغییر انواع مواد سازگار نیست. از آن جا که ماده به شکل رزین مایع شروع می‌شود، باید در یک تانک قرار گیرد: این مدل هر بار که لایه دیگری چاپ می‌شود، درون مایع فرو برده می‌شود. برای تغییر مواد، شما باید همه چیز را متوقف کنید و قبل از شروع دو باره با لایه تصویر بعدی، بطور دستی تانک‌ها را عوض کنید.
 
شما می‌توانید با ایجاد سوراخ در مدل خود در مکانی که می‌خواهید ماده دیگری اضافه کنید، و انجام این کار را سبک کنید. سپس می‌توانید مواد را عوض کنید و در داخل سوراخ چاپ کنید که به شما یک قطعه چاپ سه بعدی شده با ویژگی‌های مختلف بهم پیوسته می‌دهد.
 

بعد از آن چه؟

چالش‌های فنی چاپ سه بعدی یک میکروفونِ کاری تا حد زیادی در کنترل فرآیند نهفته است، مثل زمان قرار گرفتن در معرض نور UV به میلی ثانیه و دقت ترکیب و ترکیب مواد مختلف. نتیجه نهایی دستگاهی بود که تقریباً به عنوان یک میکروفون معمولی رفتار می‌کند، البته با داشتن سطح سیگنال به نویز کمی ضعیف‌تر و مقاومت الکتریکی کمی بیش از حد در لایه های رسانا. به عنوان مثال این میکروفون نسبت به میکروفون مبتنی بر سیلیکون که در تلفن هوشمند خود پیدا می‌کنید، خوب نخواهد بود.
   
تصویر: میکروفون ما. دانشگاه استراکلید
 
سایر افراد که نانو کامپوزیت‌ها را چاپ سه بعدی می‌کنند در برابر مسائل مشابه قرار گرفته‌اند. هنگام ساخت اجزای نوری یا شتاب سنج‌هایی که قبلاً به آنها اشاره کردم، مردم معمولاً با تعبیه میکروچیپ‌ها و سنسورهای از پیش ساخته شده در قطعات چاپی یا با تغییر پلاستیک بعد از ساخت، بهترین‌ها را (در هر دو دنیا) به دست آورده‌اند. ما هنوز در مرحله‌ای قرار نداریم که شما بتوانید مثلاً تلفن هوشمندی را که از اسم آن ارزش چاپ داشته باشد چاپ کنید: سامسونگ و اپل هنوز برای مدتی ایمن از رقابت هستند.
 
با این وجود، قابلیت‌های فنی فعلی ما همچنان امکاناتی حیرت انگیزی را فراهم می‌کند - بخشی از آن به این دلیل که محرک‌های خوب قابل چاپ‌تر از حسگرهای خوب هستند. به زمینه ظهور روباتیک نرم خوش آمدید، جایی که امکان چاپ دست‌هایی وجود دارد که به راحتی نسخه انسانی دست گیرش دارند، یا ریز روبات‌هایی که هنگام رسیدن به قسمت مربوطه‌ای در بدن خود به سبک اریگامی باز می‌شوند، یا حتی روبات‌های کاملی به شکل ماهی که می‌توانند حرکات پیچیده حیوانات را تقلید کنند
 
نمونه‌های اولیه از این چیزها در حال حاضر وجود دارند، اگرچه هنوز اجزای چاپی و غیر چاپی با یک دیگر ترکیب می‌شوند. در یک دهه آینده، آنها به احتمال زیاد تماماً قابل چاپ خواهند بود.
 
منبع: اندرو رِید - University of Strathclyde