پرینترهای سه‌بُعدی؛ از چاپ بازوی مصنوعی تا خلق خانه‌های دلخواه در ۲۰ ساعت!

حامد همائی راد: حتما تا کنون راجع به پرینترهای سه‌بُعدی و کارکرد آن‌ها شنیده‌اید. اگر تا دیروز تصور چاپ یک جسم سه‌بُعدی، تنها در داستان‌های علمی-تخیلی می‌گنجید، امروزه این رؤیا تبدیل به واقعیت شده‌اند و شاهد ظهور و گسترش این نوع چاپگرها هستیم. هدفم در این پُست تشریح کامل نحوه‌ کارکرد آن‌ها نیست، ولی سعی خواهم کرد بطور اجمالی نگاهی به روش کار و نمونه‌های جالب این فناوری در دنیای واقعی داشته باشم.

پرینت سه‌بُعدی معمولا فرآیندی است که در آن بر اساس یک طرح کامپیوتری (CAD)، لایه‌های بسیار نازک از یک ماده‌ی خاص توسط چاپگر مخصوص روی هم چیده می‌شوند و جسم مورد نظر پس از لایه‌نشانی‌های متعدد بدست می‌آید.

بر حسب روش مورد استفاده، ماده‌ به‌کاررفته برای عمل پرینت سه‌بُعدی، می‌تواند بصورت مایع، پودر و ورقه‌های نازکی باشد که جنس آن‌ها معمولا از پلاستیک، شیشه، فلز، پلیمر و حتی برخی مواد خوراکی است. در برخی روش‌ها بعد از پاشیدن پودر توسط افشانه‌ پرینتر، از نور لیزر برای ایجاد حرارت و تبدیل پودر به ساختاری جامد و یکپارچه استفاده می‌شود.

پرینترهای سه‌بُعدی بر اساس نحوه‌ی کارکرد و ابعاد قابل چاپ دارای اندازه‌های مختلف بزرگ و کوچک هستند. در زیر دو نمونه از این پرینترها را مشاهده می‌کنید.

همان طور که مشخص است ابعاد این دو پرینتر تفاوت بسیاری دارند و طبیعتا اجسام خلق شده توسط آن‌ها نیز در دامنه‌ اندازه‌ی متفاوتی هستند. حال اگر موافق باشید در ادامه نگاهی داشته باشیم به کاربردهای این فناوری.

«اِما» Emma دختری است ۲ ساله و دارای بیماری مفصلیِ نادری بنام arthrogryposis که وی را از بالا آوردن دستان خود ناتوان می‌سازد. پزشکان در بیمارستانی در شهر Delaware توانستند با طراحی کامپیوتری و استفاده از فناوری چاپ سه‌بُعدی، ژاکتی به همراه بازویی پلاستیکی برایش درست کنند که او را قادر می‌سازد به فعالیت نرمال با دستان خود بازگردد و از هم‌سن و سالان خود عقب نماند. با توجه به اینکه Emma سنین رشد خود را طی می‌کند، می‌توان به راحتی با تغییر سایز بازو و چاپ دوباره‌، بازویی مناسب با میزان رشد برای وی درست کرد. از طریق این ویدئو می‌توانید می‌توانید اطلاعات بیشتری راجع به این ژاکت و بازوی پلاستیکی کسب کنید.

همیشه افرادی هم هستند که از روی دیگر فناوری استفاده می‌کنند. یکی از علاقمندان افراطی اسلحه در وبلاگ خود مراحل چاپ یک اسلحه‌ واقعی را که قابلیت شلیک دارد شرح داده است. تصویری از این اسلحه را در زیر می‌بینید.

اما کاربردی جالب دیگری که از این فناوری به چشمم خورد، استفاده از آن برای ساخت یک خانه در عرض ۲۰ ساعت است!

پرینتری سه‌بُعدی در ابعاد بسیار بزرگ که توسط گروهی به رهبری پروفسور بهرخ خوشنویس استاد دانشگاه USC پیشنهاد شده است. ماده‌ مورد استفاده در این پرینتر بسیار بزرگ، دارای مقاومتی ۳ برابر بتُن در برابر فشار است. با به کارگیری چندین دستگاه در کنار هم می‌توان کار ساخت یک مجتمع آپارتمانی را در عرض چند روز تمام کرد. پیشنهاد می‌کنم سخنرانی آقای دکتر خوشنویس را در این باره که در یکی از کنفرانس‌های TEDx انجام شده از دست ندهید.

دکتر بهرخ خوشنویس سال ۱۹۷۴ موفق به اخذ مدرک کارشناسی در رشته مهندسی صنایع از دانشگاه صنعتی شریف شد و پس از یک سال، مدرک کارشناسی ارشد خود را در همان رشته کسب کرد. ۴ سال بعد دکتر خوشنویس از دانشگاه دولتی اوکلاهما موفق به اخذ دکتری در رشته مدیریت و مهندسی صنایع شد. وی در ۳ دهه گذشته موارد متعددی را به عنوان اختراع به نام خود به ثبت رسانده است. با این حال در چند سال اخیر ساخت سازه‌های سه‌بعدی با استفاده از فرآیند سریع چاپ سه‌بعدی موضوع اصلی تحقیقاتش بوده است. حتی او قصد دارد با ناسا همکاری‌هایی برای پی گرفتن این ایده و ساخت ساختمان‌های در ماه و سیارات را شروع کند.

تصور آینده‌ این فناوری تمامی حد و مرزهای خیال را درمی‌نوردد. ایجاد کسب و کارهای جدید و قدرت گرفتن طراحان صنعتی و رقابت آن‌ها برای ایجاد مدل‌های سه‌بُعدی هرچه بهتر و زیباتر، همه و همه حاکی از افق‌های روشنی است که این فناوری به ارمغان خواهد آورد.

در حال حاضر فروشگاه‌هایی در سطح اینترنت وجود دارند که محصول آن‌ها مدل‌های سه‌بُعدی دیجیتالی از وسایل کوچکی است که می‌توانید آن‌ها را خریداری و دانلود کرده و خودتان چاپ کنید. نمونه‌های این فروشگاه‌ها KraftWurkx و Thingiverse هستند. سرویس‌های دیگری نیز پا گرفته‌اند که مدل‌های طراحی شده توسط خود شما را دریافت کرده و آن را پس از چاپ برای‌تان ارسال می‌کنند، از جمله‌ی آنها Sculpteo، iMaterialize و Shapeways هستند.

اگرچه در حال حاضر چاپ سه‌بُعدی فرآیندی بسیار گران محسوب می‌شود ولی با پیشرفت روز به روز و هر بیشتر ارزان‌تر شدن این فناوری باید امیدوار بود که در آینده‌ی نزدیک این دستگاه‌ها جایی روی میزمان داشته باشند. فرض کنید بتوانید مدل آماده‌ی کفش مورد علاقه‌ی خود را از اینترنت دانلود کرده و مشخصاتی همچون رنگ، سایز و خطوط روی کفش خود را توسط اپلیکیشنی که شرکت سازنده‌ کفش فراهم کرده برای خودتان شخصی‌سازی نموده و دستور چاپ کفش منحصربه‌فرد خود را بفرستید! تمامی این‌ها در سال‌های نزدیک آینده جزئی از زندگی ما خواهند بود.

منابع: + و + و +