کاربرد چاپ سه بعدی یخ‌ها برای مهندسی پزشکی

به گزارش خبرگزاری صدا و سیما ، محققان دانشگاه "کارنگی ملون" (CMU) روشی را برای چاپ سه بعدی سازه‌های هنری یخی ظریف توسعه دادند.

بر اساس مقاله‌ای که در وبسایت رسمی این دانشگاه منتشر شده است، این روش ساخت با سرعت بالا و قابل تکرار، فرآیند چاپ سه بعدی را متحول می‌کند.

"آکاش گارگ" دکترای مهندسی مکانیک و یکی از نویسندگان این مطالعه گفت: ما با استفاده از فرآیند چاپ سه‌بعدی یخ خود می‌توانیم قالب‌های یخی در مقیاس کوچک با دیواره‌های صاف و ساختار‌های منشعب بسازیم. این سازه‌ها متعاقباً می‌توانند برای ساخت قطعات ظریف با حفره‌های داخلی استفاده شوند.

آب به عنوان یک انتخاب عالی برای کاربرد‌های مهندسی زیستی در نظر گرفته می‌شود، زیرا فراوان‌ترین ماده در سطح زمین و ماده اصلی سازنده همه موجودات زنده است و انتقال حالت ساده و سریع آب به یخ، فرصت‌های هیجان انگیزی را برای استفاده از آن به عنوان یک ماده ساختاری سازگار با محیط زیست باز می‌کند.

"گارگ" می‌گوید: در واقع هیچ چیز بیشتر از آب زیست‌سازگاری ندارد.

ساختار‌های یخی چاپ سه‌بعدی شده به عنوان الگو‌هایی برای "قالب‌گیری معکوس" یا "چاپ سه‌بعدی زیر و رو" استفاده می‌شود. ساختار‌های یخی در یک ماده ساختاری سرد مانند رزین به شکل مایع یا ژل غوطه‌ور می‌شوند.

سپس آب پس از یکدست شدن یا سفت شدن مواد خارج می‌شود. برای این منظور می‌توان یخ را برای تخلیه آب، ذوب کرد. در روش دیگر، یخ را می‌توان با تبدیل آن به بخار آب به جای آب مایع تصعید کرد. از آنجایی که یخ را می‌توان به راحتی تصعید کرد، پس از ریخته‌گری و جامد شدن مواد ساختاری اطراف به راحتی می‌توان آن را جدا کرد.

یک سیستم چاپ سه بعدی با وضوح بالا برای رسوب قطرات آب بر روی یک پلتفرم کنترل شده با دمای منفی ۳۵ درجه سانتیگراد استفاده می‌شود که به سرعت آب را به یخ تبدیل می‌کند.

این فرآیند جدید با تعدیل فرکانس جهش قطرات آب و همگام سازی آن، امکان چاپ اشکال هندسی مختلف و شاخه‌دار با سطوح صاف را فراهم می‌کند.

محققان این موضوع را با چاپ سه بعدی یک درخت، یک مارپیچ و حتی یک سازه یخی یک و نیم میلی متری شبیه به اختاپوس نشان دادند.

محققان می‌گویند، به دلیل تغییر حالت سریع آب و استحکام یخ، چاپ سه بعدی ساختار‌های یخی بدون نیاز به چاپ لایه به لایه یا سازه‌های پشتیبان وقت‌گیر امکان‌پذیر می‌شود.

"گارگ" می گوید :  کنترل بسیاری از پارامتر‌ها چالش برانگیز بود و ما به تدریج به این پیچیدگی رسیدیم.

آزمایش‌هایی برای تعیین نحوه چاپ، سرعت چاپ و فرکانس‌های قطرات مورد نیاز برای ساخت ساختار‌های یخی با هندسه‌های مختلف به روشی تکرارپذیر انجام شد.

"بوراک اوزدوگانلار" از دانشگاه "کارنگی ملون" که بر این مطالعه نظارت داشت، آن را یک دستاورد شگفت‌انگیز که پیشرفت‌های هیجان انگیزی را به همراه خواهد داشت، توصیف می‌کند و می‌گوید: ما بر این باوریم که این رویکرد، پتانسیل بسیار زیادی برای متحول کردن مهندسی بافت و سایر زمینه‌ها دارد، جایی که ساختار‌های مینیاتوری با کانال‌های پیچیده مانند میکروسیال‌ها و رباتیک نرم مورد نیاز است.

فرآیند چاپ سه بعدی یخ در کمتر از یک سال آینده می‌تواند برای کاربرد‌های مهندسی مانند ایجاد کانال‌های پنوماتیک برای رباتیک نرم استفاده شود. با این حال، کاربرد بالینی آن برای مهندسی بافت مدت بیشتری طول خواهد کشید.

این مطالعه در مجله Advanced Science منتشر شده است.