آینده در تسخیر سه‌بعدی‌ها

چاپ سه‌بعدی یکی از فناوری‌هایی است که توانسته طی چند سال گذشته به شگفت‌آمیزترین تکنولوژی‌های دنیا تبدیل شود و هرروز خبرهای تازه‌ای از پیشرفت آن منتشر می‌شود. با روزافزون شدن این فناوری در آینده‌ای نه‌چندان دور، شاهد تحول عظیمی در مراحل تولید انواع محصولات، از کیف و کفش گرفته تا داروهای مصرفی بیماران خواهیم بود. اخیراً نیز یکی از مخترعان توانسته با تولید غذاهای مختلف از طریق چاپگر سه‌بعدی، این امید را به فضانوردان بدهد که در آینده‌ای نزدیک از شر غذاهای یکنواخت و مانده نجات پیدا خواهند کرد.

آنجان کانتراکتور مهندس مکانیک و از محققان شرکت تحقیقات مواد و سیستم‌ها معتقد است، غذا مجموعه‌ای از ترکیبات مختلف است که می‌توانند به شکل پودر در بیایند. انواع مختلف پودرها نیز با روغن و آب مخلوط شده و در یک چاپگر سه‌بعدی، مواد‌غذایی تولید می‌کنند.این چاپگر سه‌بعدی می‌تواند امکان تولید غذاهای تازه از جمله پیتزا را برای فضانوردان فراهم کرده و پایانی بر عصر مواد‌غذایی خشک فریزری و کنسروی باشد. این چاپگر قادر به قرار دادن لایه به لایه نشاسته، پروتئین، چربی، طعم‌دهنده‌ها و ریزموادغذایی است. پس از چاپ یک پیتزا با چاپگر سه‌بعدی، 70 ثانیه زمان برای پخت آن لازم است. 

البته ماجرا به همینجا ختم نمی‌شود. چندی پیش، مخترعان توانستند با ساخت چاپگر سه‌بعدی در ابعاد بزرگ‌تر، موفق به تولید خودرو و حتی خانه نیز شوند که اگر این چاپگر به تولید انبوه برسد شاهد تحول بزرگی در صنعت خودرو و ساختمان‌سازی خواهیم بود. این فناوری توانایی تولید محصولات عجیب‌تری را نیز دارد. به‌طور مثال تاکنون محققان توانسته‌اند اعضای بدن انسان از چشم و گوش گرفته تا قلب و کلیه را نیز به‌وسیله چاپگرهای سه‌بعدی بسازند.

پیش‌بینی می‌شود در آینده‌ای نه‌چندان دور، بیماران می‌توانند عضو مورد نیاز خود برای پیوند را توسط چاپگرهای سه‌بعدی تهیه کنند. اخیرا پژوهشگران دانشگاه چالمرز موفق شده‌اند بخش‌هایی از مغز را که در اثر حادثه آسیب دیده است با این روش بازسازی کنند.
در این روش، سلول‌های بنیادی روی اندامی که توسط یک پرینتر سه‌بعدی تهیه شده، کاشته می‌شوند و بدین ترتیب می‌توان مانند فیلم‌های تخیلی، عضوی جدید را برای یک انسان نیازمند ساخت.

معایب و مزایای سه‌بعدی‌ها

محصولاتی که از طریق چاپگرهای سه‌بعدی تولید می‌شوند بسیار دقیق و انعطاف‌پذیر هستند. فرض کنید می‌خواهید کفشی را سفارش دهید که در فرآیند تولید آن، از فناوری چاپ سه‌بعدی استفاده شده است. برای این‌کار ابتدا باید ابعاد پای شما از طریق لیزر اندازه‌گیری شود و بعد با انتقال اطلاعات آن به چاپگر مخصوص، کفش ویژه شما تنها در چند دقیقه چاپ و آماده استفاده شود. مزیت این روش این است که علاوه بر کمتر شدن هزینه ساخت (در آینده)، محصولات به‌صورت سفارشی و منحصربه‌فرد تولید می‌شوند و هرشخصی می‌تواند با سلیقه و ویژگی‌های فردی خود از وسایل موردنظر استفاده کند. همچنین خروجی چاپگرها قابلیت تنظیم کیفیت را هم دارد به‌طوری‌که می‌تواند مدل سه‌بعدی را با کیفیت بالا ولی با سرعت پایین یا با کیفیت پایین ولی با سرعت بالا بسازد.

اما رواج محصولات تقلبی و افزایش آنها در بازار یکی از معایب این فناوری است که می‌تواند آسیب زیادی هم به تولیدکنندگان و هم مصرف‌کنندگان بزند. از طرف دیگر با همگانی شدن چاپگرهای سه‌بعدی، ساخت محصولات غیرقانونی مثل اسلحه برای خلافکاران بسیار راحت می‌شود و به همین دلیل شرکت‌های امنیتی رضایت چندانی از فراگیر شدن این فناوری ندارند.

نحوه کار چاپگرها

چاپگرهای سه‌بعدی با ذوب مواد اولیه و قرار دادن لایه‌ای آنها روی یکدیگر، موفق به خلق محصولات می‌شوند. روش کار نیز به این صورت است که در ابتدا نرم‌افزار طراحی، فایل خروجی را با فرمت قابل پرینت سه‌بعدی به کاربر می‌دهد. فایل خروجی به‌صورت یک شبکه خطوط است که یک حجم سه‌بعدی را محصور می‌کند.

در مرحله بعد نرم‌افزار پرینتر سه‌بعدی فایل سه‌بعدی خروجی را به صدها لایه دیجیتالی تبدیل می‌کند که هر یک از این لایه‌ها بعدا توسط پرینتر به‌عنوان خروجی پرینت می‌شوند. در مرحله بعد هرلایه روی لایه دیگر پرینت می‌شود تا مدل نهایی به دنیای واقعی وارد شود.
برای ساخت قطعات ماکت به روش پرینت سه‌بعدی نیاز به تهیه فایل سه‌بعدی از قطعه موردنظر است. دستگاه این فایل را دریافت و اقدام به ایجاد آن به‌صورت لایه‌گذاری مرحله‌ای می‌کند. پرینتر سه‌بعدی درواقع پرینتری است که علاوه بر ایجاد طرح در طول و عرض می‌تواند به‌صورت عمودی نیز پرینت کند. در نظر بگیرید که برای مثال جوهر پرینتر یک‌صدم میلی‌متر قطر دارد و شما می‌خواهید یک قطعه مکعبی همچون حبه قند را به‌صورت سه بعدی تهیه کنید. پرینتر شروع به پرینت یک مربع حدودا یک در یک سانتی‌متر به ضخامت یک‌صدم میلی‌متر می‌کند.

پس از اتمام این مرحله نازل‌های دستگاه که جوهر را پخش می‌کنند کمی بالاتر رفته و مجددا یک لایه دیگر روی لایه قبلی ایجاد می‌کنند. این عمل آنقدر تکرار می‌شود که شما یک مکعب سه‌بعدی به‌دست بیاورید. تنها تفاوت دستگاه‌های پرینت سه‌بعدی این است که می‌توانند از موادی همچون انواع پلاستیک و رزین‌ها برای ساخت قطعات استفاده کنند و البته ضخامت لایه‌های ایجاد شده نیز بیشتر از یک‌صدم میلی‌متر و درواقع چیزی در حدود یک‌دهم میلی‌متر است که ضخامت ایده‌آلی به حساب می‌آید. سرعت لایه‌گذاری، ضخامت لایه‌ها و همچنین متریال مورد استفاده در پرینت سه‌بعدی از عوامل مهم در کیفیت و دقت قطعه نهایی به‌دست آمده است.