الطباعة ثلاثية الأبعاد باستخدام... الماء تجعل المعدن أكثر متانة بـ20 مرة

نجح علماء سويسريون في تطوير تقنية جديدة للطباعة ثلاثية الأبعاد تستخدم هلام الماء "لتنمية" المواد المعدنية والسيراميك، ما أدى إلى إنشاء منتجات أكثر متانة بعشرين مرة من الطريقة القديمة.

لا حاجة إلى مسحوق البلاستيك أو المعدن، علماء سويسريون "ينتجون" معدنًا من هلام الماء - خطوة إلى الأمام يمكن أن تغير صناعة الطباعة ثلاثية الأبعاد بالكامل - الصورة: EPEL

أعلن علماء في المدرسة الفيدرالية للفنون التطبيقية في لوزان (EPFL، سويسرا) للتو عن إنجاز كبير في تكنولوجيا الطباعة ثلاثية الأبعاد: فبدلاً من طباعة المعدن بالطريقة التقليدية، قاموا بتطوير طريقة "تنمية" المواد من الهيدروجيل - وهو هلام مائي شائع، لإنشاء هياكل معدنية وسيراميكية ذات كثافة عالية وقوة ميكانيكية أعلى بـ 20 مرة من التقنيات السابقة.

وفقًا للفريق، لا تعمل طريقة البلمرة الضوئية حاليًا إلا مع الراتنجات الحساسة للضوء، مما يحد من تطبيقاتها. وقد عانت بعض المحاولات السابقة لتحويل الراتنجات المطبوعة ثلاثية الأبعاد إلى معادن أو سيراميك من المسامية والانكماش، مما يجعل المنتجات مشوهة وأقل متانة.

وجد الفريق بقيادة داريل يي، رئيس مختبر كيمياء وتصنيع المواد (EPFL)، طريقة جديدة: فبدلاً من خلط المركب المعدني مسبقًا بالبلاستيك، طبعوا قالبًا ثلاثي الأبعاد باستخدام هيدروجيل، ثم نقعوه مرارًا وتكرارًا في محلول من أملاح معدنية. خلال هذه العملية، تحولت أيونات المعدن إلى جسيمات نانوية موزعة بالتساوي في جميع أنحاء الهلام.

بعد 5-10 دورات من هذا القبيل، يُزال إطار الهيدروجيل بالتسخين، تاركًا وراءه قطعة معدنية أو خزفية صلبة تحتفظ بشكل الطباعة الأصلية. ولأن الأملاح المعدنية لا تُضاف إلا بعد الطباعة، يُمكن استخدام إطار الهيدروجيل نفسه لإنشاء مجموعة واسعة من المواد: من الحديد والفضة والنحاس إلى السيراميك أو المواد المركبة.

وقال السيد يي: "إن عملنا لا يمكّن فقط من إنتاج المعادن والسيراميك عالية الجودة باستخدام عملية طباعة ثلاثية الأبعاد بسيطة ومنخفضة التكلفة، بل يفتح أيضًا طريقة جديدة للتفكير: اختيار المواد بعد الطباعة ثلاثية الأبعاد، وليس قبلها".

في الدراسة، صنع الفريق هياكل هندسية معقدة تُسمى "الجيرويدات" من الحديد والفضة والنحاس للاختبار. أظهرت النتائج أن العينات استطاعت تحمل ضغط أكبر بعشرين ضعفًا من المواد المُصنعة باستخدام التقنيات السابقة، مع انكماش بنسبة 20% فقط (مقارنةً بنسبة 60-90% سابقًا).

يَعِدُ البحثُ بتطبيقاتٍ واعدةٍ في تصنيع هياكل ثلاثية الأبعاد متطورة، خفيفة الوزن ومتينة، تُسهِّل إنتاجَ أجهزة الاستشعار، والأجهزة الطبية الحيوية، وأنظمة تحويل وتخزين الطاقة. كما يُمكن استخدام المعادن ذات المساحات السطحية الكبيرة، المُنتَجة بهذه الطريقة، كمُحفِّزاتٍ فعّالة أو مُشتِّتاتٍ حراريةٍ في تكنولوجيا الطاقة.

صرّح فريق EPFL بأنه يواصل تحسين العملية لجعلها مناسبة للإنتاج الصناعي، لا سيما زيادة كثافة المواد وتقصير وقت المعالجة. وكشف يي: "نطور روبوتات لأتمتة العملية بأكملها، مما سيقلل بشكل كبير من إجمالي وقت التصنيع".

العودة إلى الموضوع

في إن إيه

المصدر: https://tuoitre.vn/in-3d-bang-nuoc-giup-kim-loai-ben-gap-20-lan-20251019154932113.htm