أطلق المعهد الألماني لأبحاث النسيج والألياف مؤخرًا مشروعًا بحثيًا لتطوير طريقة مبتكرة للطباعة ثلاثية الأبعاد للمواد المركبة. الهدف هو إنتاج مكونات معززة بألياف حيوية ومستدامة مثل ألياف السليلوز. تعاون فريق المشروع مع الشركة المصنعة للآلة Arburg لتطوير رأس طباعة يمكنه بثق ألياف السليلوز المستمرة المدمجة في مصفوفة أساسها السليلوز. سيسمح المشروع، الذي تموله وزارة التعليم والبحث الفيدرالية الألمانية، بالاعتماد على مادة متوفرة بكثرة اليوم وتصميم أجزاء أكثر متانة تستفيد استفادة كاملة من الطباعة ثلاثية الأبعاد المركبة.
مشروع البحث هو مثال على كيفية استلهامنا من الطبيعة ودمجها مع التصنيع الإضافي. في حالتنا، نحن نتحدث عن التصنيع الإضافي مع المواد المركبة. ربما دون أن نعرف ذلك، نحن محاطون بمركبات: الخشب، والنباتات، وحرير العنكبوت، أو حتى الجلد. توفر هذه الألياف الطبيعية خصائص مثيرة للغاية، سواء من حيث القوة أو حتى الخفة. فلماذا لا تستخدمها للطباعة ثلاثية الأبعاد؟
التحدي الأكبر هو إدارة درجة الحرارة. وذلك لأن الألياف الطبيعية – مثل ألياف السليلوز – حساسة جدًا لدرجات الحرارة المرتفعة، مما يحول دون إمكانية العمل مع مصفوفة بلاستيكية من نوع PLA أو ABSABS، حيث يجب تسخين اللدائن الحرارية بدرجة كافية ليتم تطبيقها طبقة تلو الأخرى. لذلك كان على الفريق التفكير في كل من مصفوفة جديدة وعملية طباعة ثلاثية الأبعاد باستخدام السليلوز الذي يلبي قيود درجة الحرارة هذه.
لذلك تصور حل مصفوفة أساسه السليلوز. يوفر البيان الصحفي الرسمي التفسير التالي: ” يتم تثبيت خيوط ألياف السليلوز أولاً باستخدام مادة رابطة لتتم معالجتها في الطابعة. يحول رأس الطباعة المطور خصيصًا المادة الرابطة إلى مصفوفة تُغطى بها ألياف السليلوز المستمرة. نظرًا لأن ألياف السليلوز والمصفوفة لها هياكل كيميائية متشابهة، فإن المكون المركب يكون مستقرًا بشكل خاص. ” باستخدام حل التحسين الطوبولوجي، تمكن الفريق أيضًا من تحديد مكان وضع الألياف المستمرة بالضبط، أي في الاتجاه الصحيح بالنسبة للحمل المطبق على كل جزء.
الخصائص الميكانيكية، مثل مقاومة الكسر، جيدة بشكل استثنائي. يمكن أيضًا استخدام طريقة التصنيع القائمة على الحلول والموفرة للطاقة التي طورها فريق البحث في عمليات أخرى لإنتاج المواد المركبة. إنها مناسبة بشكل خاص لمعالجة المواد الحساسة لدرجات الحرارة التي يزداد الطلب عليها، مثل الألياف الطبيعية أو ألياف السليلوز.
بالنظر إلى النتائج التي تم الحصول عليها، يبدو أن الأجزاء تتمتع بقوة كسر جيدة جدًا. قد تكون طريقة الطباعة ثلاثية الأبعاد المركبة هذه مثيرة للاهتمام بشكل خاص للعمل مع مواد أكثر حساسية لدرجة الحرارة ولن تقتصر على الألياف الطبيعية.
المصدر: 3dnatives
إقراء ايضا: