مطالعه بود منتشر شده در Advanced Science. در حالی که پذیرش فرآیند یخ سه بعدی برای کاربردهای مهندسی مانند ایجاد کانال‌های پنوماتیک برای رباتیک نرم می‌تواند تا یک سال آینده در دسترس باشد، استفاده بالینی آن برای مهندسی بافت زمان بیشتری می‌برد.
محققان پرینت سه بعدی را با یخ چاپ شده به بیرون تبدیل می کنند
پیشرفت‌ها در پرینت سه‌بعدی تولید چنین ساختارهای کوچکی را ممکن می‌سازد، اما چالش‌ها برای آن دسته از برنامه‌هایی که به کانال‌های داخلی بسیار کوچک، صاف و در هندسه‌های پیچیده خاص نیاز دارند، باقی می‌ماند. چاپ سه بعدی این هندسه ها با استفاده از فرآیندهای سنتی مستلزم استفاده از ساختارهای پشتیبان است که برداشتن آنها پس از چاپ دشوار است، و چاپ این مدل ها با استفاده از روش های لایه ای با وضوح بالا اغلب می تواند زمان زیادی طول بکشد و دقت هندسی را به خطر بیندازد.
مطالعات تجربی برای تعیین مسیر چاپ، سرعت مرحله حرکت، و فرکانس قطرات برای ساخت مجدد ساختارهای یخی صاف با هندسه های مستقیم، شیبدار، انشعاب و سلسله مراتبی انجام شد.
مطابق با مقاله ای که در TechXplor آپلود شده استتوسط لین شی از مهندسی مکانیک دانشگاه کارنگی ملون، پیشرفت‌های علمی بزرگ اغلب نیازمند اختراعات در کوچک‌ترین مقیاس هستند. پیشرفت در مهندسی بافت که می‌تواند جایگزین قلب و ریه شود، مستلزم ساخت بافت‌های مصنوعی است که جریان خون را از طریق گذرگاه‌هایی که ضخیم‌تر از یک تار مو نیستند، امکان‌پذیر می‌سازد. به طور مشابه، دستگاه‌های مینیاتوری «Softbotic» (نرم ربات) که از نظر فیزیکی به طور ایمن و راحت با انسان در تعامل هستند، نیاز به ساخت قطعاتی با شبکه‌های پیچیده کانال‌های کوچک مایع و جریان هوا دارند.
بوراک اوزدوگانلار اظهار داشت: “این یک دستاورد شگفت انگیز است که پیشرفت های هیجان انگیزی را به همراه خواهد داشت.” ما معتقدیم که این رویکرد پتانسیل بسیار زیادی برای ایجاد انقلابی در مهندسی بافت و سایر زمینه‌ها دارد، جایی که ساختارهای مینیاتوری با کانال‌های پیچیده مورد نیاز است، مانند میکروسیال‌ها و رباتیک نرم.
یک سیستم پرینت سه بعدی با وضوح بالا برای رسوب قطرات آب بر روی یک پلت فرم سفارشی با دمای 35- درجه سانتی گراد که به سرعت آب را به یخ تبدیل می کند، استفاده می شود. با تعدیل فرکانس جهش قطرات آب و همگام سازی آن با حرکات صحنه، فرآیند جدید امکان چاپ هندسه های شاخه دار با سطوح صاف و تغییرات مداوم قطر با انتقال صاف را فراهم می کند.
فیلیپ لداک گفت: «یکی از بخش‌های شگفت‌انگیز کارنگی ملون، گرد هم آوردن افراد از رشته‌های مختلف برای توسعه رویکردهای جدید و حل مشکلات به روش‌های جدید منحصر به فرد است، که دقیقاً همان چیزی است که در اینجا برای توسعه این یافته‌های هیجان‌انگیز رخ داد.
از طریق ما با همه چیزهایی که در دنیای شگفت انگیز AM اتفاق می افتد به روز باشید لینکدین انجمن.
با استفاده از فرآیند یخ سه بعدی خود، می‌توانیم قالب‌های یخی در مقیاس کوچک با دیواره‌های صاف و ساختارهای شاخه‌دار با انتقال صاف بسازیم. آکاش گارگ می‌گوید: «اینها متعاقباً می‌توانند برای ساخت قطعات ریز مقیاس با حفره‌های داخلی کاملاً مشخص استفاده شوند.
محققان دانشکده کارنگی ملون اغلب در تیم های بین رشته ای برای حل چنین چالش های مهندسی و بیولوژیکی با یکدیگر همکاری می کنند.
آب برای استفاده در کاربردهای مهندسی زیستی بسیار مناسب است – با توجه به اینکه فراوان ترین ماده در سطح زمین و عنصر اولیه ساختمان هر موجود زنده است. انتقال فاز ساده و سریع آب به یخ فرصت های هیجان انگیزی را برای استفاده از آب به عنوان یک ماده ساختاری سازگار با محیط زیست فراهم می کند.
آکاش گارگ، دکتری. دانشجوی مهندسی مکانیک، و سایگوپالاکریشنا یرنی، دانشیار فوق دکترا در مهندسی شیمی، این فرآیند را توسعه دادند و مطالعاتی را زیر نظر بوراک اوزدوگانلار، فیلیپ لداک و فیل کمپبل – اساتید مهندسی مکانیک و بیوپزشکی انجام دادند.
آکاش گارگ توضیح داد: «کنترل بسیاری از پارامترها چالش برانگیز بود. “ما به تدریج پیچیدگی را ایجاد کردیم.”
محققان سهم بزرگ لی وایس فقید را که در ابتدا سیستم چاپ سه بعدی با وضوح بالا را ساخت، تصدیق کردند. وایس استاد کالج مهندسی و دانشکده علوم کامپیوتر و همچنین یکی از اعضای مؤسس مؤسسه رباتیک کارنگی ملون بود.
محققان دانشگاه کارنگی ملون یک روش ساخت با سرعت بالا و قابل تکرار را توسعه داده‌اند که فرآیند چاپ سه‌بعدی را به بیرون تبدیل می‌کند. آنها رویکردی برای ساختارهای یخی پرینت سه بعدی ایجاد کردند که می تواند برای ایجاد الگوهای قربانی استفاده شود که بعداً مجراها و سایر ویژگی های باز داخل قطعات ساخته شده را تشکیل می دهند.
این تیم از ساختارهای یخی چاپ شده به عنوان الگوهای قربانی برای «قالب‌گیری معکوس» یا چاپ سه‌بعدی درون بیرون استفاده می‌کند. ساختارهای یخی به شکل مایع یا ژل یک ماده ساختاری سرد، مانند رزین، غوطه ور می شوند. پس از سفت شدن یا پختن مواد، آب خارج می شود. برای این منظور می توان یخ را ذوب کرد تا آب تخلیه شود. روش دیگر، یخ را می توان با تبدیل آن به بخار آب بدون تبدیل آن به آب مایع تصعید کرد. این توانایی برای تصعید آسان یخ امکان حذف آسان و “آرام” را پس از ریخته‌گری و جامد کردن مواد ساختاری اطراف فراهم می‌کند.
محققان این موضوع را با چاپ چندین هندسه یخی پیچیده مانند یک درخت، مارپیچ در اطراف یک قطب و حتی یک مجسمه هشت پا با ارتفاع یک و نیم میلی متر نشان دادند. تغییر فاز سریع آب و استحکام یخ امکان چاپ سه بعدی آزاد سازه های یخی را بدون نیاز به چاپ لایه به لایه یا سازه های پشتیبانی وقت گیر فراهم کرد.
آکاش گارگ گفت: «بیشتر از آب زیست سازگار نیست.
منتشر شده در اخبار پرینتر و چاپ سه بعدی