محققان مؤسسه فناوری فدرال زوریخ (ETH ) از یک فرایند چاپ سه بعدی جدید برای تولید اشیاء شیشه ای پیچیده و بسیار متخلخل استفاده کرده اند. پایه این فرایند یک رزین ویژه است که می تواند با نورUV  اصلاحاً cure شود.

 

استفاده از تکنولوژی چاپ سه بعدی جهت توسعه قطعات شیشه با ساختار پیچیده

ساخت اشیاء شیشه ای با استفاده از تکنولوژی چاپ سه بعدی آسان نیست. تنها تعداد معدودی از محققان در سراسر جهان تلاش کرده اند اشیاء شیشه ای را با استفاده از روش های ساخت افزایشی تولید کنند. برخی از این محققان اشیاء را با استفاده از چاپ سه بعدی شیشه مذاب ساخته اند. نقطه ضعف این روش این است که فرایند مذکور به دمای بسیار بالا و تجهیزا ت مقاوم در برابر حرارت احتیاج دارد. برخی دیگر از محققان از ذرات سرامیک پودری استفاده کرده اند که می تواند در دمای اتاق چاپ سه بعدی شده و بعداً برای ساخت شیشه ذوب شوند. با این حال اشیاء تولید شده به این روش دارای ساختار پیچیده نیستند.

محققان مؤسسه فناوری فدرال زوریخ از تکنیک جدیدی برای تولید اشیاء شیشه ای پیچیده با استفاده از تکنولوژی چاپ سه بعدی استفاده کرده اند. اساس این روش یکی از اولین تکنیک های چاپ سه بعدی به نام  SLAمی باشد که در دهه ۱۹۸۰ توسعه یافته است. David Moore، Lorenzo Barbera وKunal Masania از گروه Complex Materials و به سرپرستی André Studart ، یک رزین ویژه توسعه داده اند که شامل یک پلاستیک و مولکول های ارگانیکی می باشد که پیش ماده های شیشه ای به آنها پیوند می خورند. این محققان نتایج پژوهش های خود را در آخرین شماره ژورنال Natural Material منتشر کرده اند.

 

استفاده از اشعه جهت چاپ سه بعدی قطعات شیشه ای

این رزین با استفاده از تکنولوژی تصاویر دیجیتال قابل پردازش است و فرایند شامل تابش الگوهای نور UV  به رزین می باشد. رزین در محل هایی که نور به آن برخورد می کند سخت می شود زیرا اجزای حساس به نور از رزین پلیمر در نقاطی که در معرض نور قرار می گیرند پیوند می یابند. مونومرهای پلاستیکی برای ایجاد یک ساختار شبیه به هزارتو ترکیب شده و این پلیمر را ایجاد می کنند. مولکول های سرامیکی شکاف های این هزارتو را پر می کنند.

بنابراین یک شیء می تواند به صورت لایه به لایه ساخته شود. محققان می توانند پارامترهای مختلفی مانند اندازه منافذ را در هر لایه تغییر دهند. نور ضعیف منجر به ایجاد منافذ بزرگ و نور شدید باعث ایجاد منافذ کوچک می شود. Masania گفت: “ما به طور تصادفی این موضوع را کشف کردیم اما می توانیم از این نکته برای تأثیر مستقیم بر اندازه منافذ در قطعه چاپ سه بعدی شده استفاده کنیم”.

محققان همچنین می توانند با مخلوط کردن سیلیس با بورات یا فسفات و افزودن آن به رزین، این ریزساختار را به صورت لایه به لایه اصلاح کنند. اشیاء پیچیده را می توان با استفاده از انواع مختلف شیشه ساخت.

سپس محققان فاصله های ایجاد شده با استفاده از این روش را در دو دمای مختلف حرارت می دهند: ابتدا در دمای ۶۰۰ درجه سانتیگراد برای ذوب چارچوب پلیمر و سپس در دمای ۱۰۰۰ درجه سانتیگراد برای متراکم ساختن ساختار سرامیک در شیشه. در طول این فرایند اشیاء به طور قابل توجهی کوچک شده اما مانند شیشه شفاف و سخت می شوند.

اندازه این اشیاء شیشه ای چاپ سه بعدی شده هنوز از یک تاس بزرگتر نیست. Masania تأکید می کند که اشیایی مانند بطری ها، لیوان های شیشه ای یا پنجره ها، با استفاده از این روش قابل تولید نیستند و هدف این پروژه نیز این نبوده است.

هدف این پروژه بیشتر اثبات امکان سنجی ساخت اشیاء شیشه ای پیچیده با استفاده از یک فرآیند چاپ سه بعدی بود. با این حال این فناوری جدید فقط یک ترفند نیست. محققان این پروژه متقاضی ثبت اختراع شدند و هم اکنون در حال مذاکره با یک فروشنده بزرگ سوئیسی هستند که می خواهد از این فناوری در شرکت خود استفاده کند.

 

منبع https://ethz.ch/en/news-and-events

در صورت تمایل میتوانید فایل PDF این مقاله را در قسمت زیر دانلود و با ذکر منبع مورد استفاده قرار دهید.

pdf چاپ سه بعدی قطعات شیشه ای