محققان ساختارهای یخی خلاقانه از جمله یک اختاپوس را را با فناوری چاپ سه‌بعدی ایجاد کردند و می‌گویند از این فناوری می‌توان در ساخت سازه‌های پیشرفته و مهندسی زیست‌پزشکی استفاده کرد.
به گزارش هفت‌گرد و به نقل از آی‌ای، محققان دانشگاه “کارنگی ملون”(CMU) روشی را برای چاپ سه‌بعدی سازه‌های هنری یخی ظریف توسعه داده‌اند.
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 به‌عنوان 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 هیجان‌انگیزی را برای استفاده از آن به‌عنوان یک ماده ساختاری سازگار با محیط زیست باز می‌کند.”گارگ می‌گوید: در واقع هیچ‌چیز بیشتر از آب زیست‌سازگاری ندارد.
ساختارهای یخی چاپ سه‌بعدی شده به‌عنوان 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 به‌راحتی می‌توان آن‌را 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 سه‌بعدی یک درخت، یک مارپیچ و حتی یک سازه یخی یک و نیم میلی‌متری شبیه به اختاپوس نشان دادند.
محققان می‌گویند، به دلیل تغییر حالت سریع آب و استحکام یخ، چاپ سه‌بعدی ساختارهای یخی بدون نیاز به چاپ لایه به لایه یا سازه‌های پشتیبان وقت‌گیر امکان‌پذیر می‌شود.
گارگ توضیح داد: کنترل بسیاری از پارامترها چالش برانگیز بود و ما به‌تدریج 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 داشته است، آن@را یک دستاورد شگفت‌انگیز که پیشرفت‌های هیجان انگیزی را به همراه خواهد داشت، توصیف می‌کند.
او 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 سه‌بعدی یخ در کمتر از یک سال آینده می‌تواند برای کاربردهای مهندسی مانند ایجاد کانال‌های پنوماتیک برای رباتیک نرم استفاده شود. با این‌حال، کاربرد بالینی آن برای مهندسی بافت مدت بیشتری طول خواهد کشید.
این مطالعه در مجله Advanced Science منتشر شده است.