ابتكر باحثون في لوزان تقنية طباعة ثلاثية الأبعاد قادرة على إنتاج معادن أقوى بنحو 20 مرة من الطرق التقليدية، وذلك من خلال استخدام هلام مائي مُشبَع بجسيمات معدنية نانوية يتحول، عند تسخينه، إلى هيكل معدني كثيف وصلب.
اعلان
تمكّن فريق من العلماء في المدرسة الفدرالية للفنون التطبيقية في لوزان (EPFL) في سويسرا من ابتكار طريقة جديدة للطباعة ثلاثية الأبعاد تسمح بإنتاج هياكل معدنية أقوى بنحو عشرين مرة من تلك المصنوعة بالأساليب التقليدية، ما قد يفتح آفاقًا واسعة لمستقبل التصنيع المتقدم.
رغم أن الطباعة ثلاثية الأبعاد غيّرت شكل الصناعة الحديثة، فإنها ليست طريقة واحدة بل مجموعة من التقنيات المختلفة. أكثرها شيوعًا بين الهواة هي تقنية النمذجة بالترسيب المنصهر (FDM)، التي تعتمد على بثق البلاستيك طبقة فوق طبقة لتشكيل المجسم المطلوب. لكن هناك أيضًا تقنيات أكثر تقدمًا تُعرف باسم التصنيع الإضافي (AM) وتشمل دمج المساحيق، والتصفيح بالصفائح، والترسيب بالطاقة المباشرة.
تقنية "البوليمرة الضوئية بالحوض"
من بين هذه التقنيات، تبرز طريقة البوليمرة الضوئية بالحوض (Vat Photopolymerization – VP)، التي تعتمد على راتنج حساس للضوء يتصلب عند تعريضه لأشعة الليزر أو الأشعة فوق البنفسجية. ورغم أن هذه التقنية قادرة على إنتاج هياكل دقيقة جدًا، إلا أن استخدامها مع المعادن ظل محدودًا لأنها تنتج عادة مواد مسامية ضعيفة ومعرضة للتشوه.
اختراق علمي في مدرسة لوزان
العلماء في EPFL وجدوا طريقة للتغلب على هذا القصور. فقد قاموا أولًا بطباعة شبكة من الهلام المائي (Hydrogel)، ثم غمروها في محلول يحتوي على أملاح معدنية وجسيمات نانوية، ما سمح بتغلغل المعدن في جميع أجزاء البنية.
أعاد الفريق هذه العملية بين خمس وعشر مرات حتى أصبحت البنية مشبعة بالمعدن، ثم قاموا بتسخينها لإزالة الهلام المائي، تاركين خلفهم هيكلًا معدنيًا كثيفًا وصلبًا يتمتع بمقاومة تفوق الطرق التقليدية بنحو 20 مرة.
مواد تُختار بعد الطباعة لا قبلها
يقول الباحث داريل يي، المؤلف الرئيسي للدراسة التي نُشرت في مجلة Advanced Materials، إن هذا الابتكار يفتح الباب أمام مفهوم جديد في التصنيع الإضافي، مضيفا :"عملنا لا يتيح فقط إنتاج معادن وسيراميك عالية الجودة باستخدام تقنية منخفضة التكلفة وسهلة الوصول، بل يقدّم أيضًا نموذجًا جديدًا في التصنيع، حيث يمكن اختيار المادة بعد الطباعة ثلاثية الأبعاد، وليس قبلها".
التحدي المقبل: الوقت
رغم قوة النتائج، إلا أن العملية تستغرق وقتًا طويلًا لأنها تتضمن مراحل متكررة من "الحقن"، وهو ما يجعلها حاليًا أقل سرعة من الأساليب الصناعية التقليدية. لكن الفريق يعمل تحويل المراحل إلى نظام آليباستخدام روبوتات لتقليل الزمن اللازم للتصنيع، ما قد يجعل التقنية قابلة للتطبيق على نطاق واسع في المستقبل القريب.
مستقبل الصناعة
هذا الاكتشاف قد يغيّر قواعد اللعبة في مجالات عدة، من صناعة الطائرات والمركبات الفضائية إلى إنتاج مكونات دقيقة للأجهزة الإلكترونية والبطاريات. ومع استمرار تطوير التقنية، قد تصبح الطباعة ثلاثية الأبعاد بالمعادن أداة رئيسية في بناء عالم أكثر خفة وكفاءة واستدامة.