استفاده از نانولوله‌های کربنی در چاپ سه‌بعدی

چاپگرهای سه‌بعدی اگر چه دستگاه‌های گرانقیمتی هستند، اما سودمندی خود را در کاربردهایی نظیر نمونه‌سازی اولیه، به اثبات رسانده‌اند. البته استحکام نمونه‌هایی که با آن‌ها چاپ (یا در حقیقت ساخته ) می‌شوند برخلاف نمونه‌های ساخته شده با روش‌های سنتی، رضایت‌بخش نیست. دلیل این استحکام پایین، این است که مواد اولیه چاپ، بصورت لایه‌ به لایه روی هم قرار می‌گیرند و بر خلاف روش‌های سنتی نمونه‌سازی ، بصورت یکپارچه ساخته نمی‌شوند. محققان دانشگاه A&M تگزاس موفق شده‌اند استحکام نمونه‌های چاپ‌ شده را،  275 درصد نسبت به گذشته افزایش دهند .

Brandon Sweeney دانشجوی دکترا با مشاوره استاد خود دکتر Micah Green روش جدیدی ارائه کرده‌اند که با کمک آن می‌توان یک لایه از نانولوله‌های کربنی را روی  بخش خارجی یک فیلامِنت پلاستیکی ( 1) قرار داد. این فیلامنت را می‌توان در یک چاپگر رایج برای ساخت شیء به روش معمول (2) بکار برد. وقتی فرایند چاپ به اتمام رسید، جسم چاپ شده در معرض یک منبع تولید مایکروویو حالت جامد(3)   که در حقیقت یک اجاق مایکروویو ویژه است قرار می‌گیرد. حرارت، فقط در بخش‌هایی که نانولوله‌های کربنی وجود دارند متمرکز می‌شود و در نتیجه، فقط پلاستیک موجود در این ناحیه‌ها ذوب شده و با پلاستیک اطراف آمیخته خواهند شد. با این روش، لایه‌های پلاستیک که در جریان چاپ شدن، روی هم قرار گرفته بودند به هم جوش می‌خورند و ساختاری یکپارچه و نه لایه لایه را  شکل می‌دهند.

Sweeney می‌گوید: « در حالت عادی، یک قطعه سه بعدی را نمی‌توان به سادگی در یک اجاق قرار داد تا در اثر حرارت، لایه‌هایش به هم جوش بخورند و به جسم یکپارچه‌ای تبدیل شود چون پلاستیک است و ذوب می شود.» ایده کار مشابه همان روشی است که در جوشکاری برای اتصال دو قطعه به هم استفاده می‌شود. در جوشکاری دو قطعه، کل قطعه‌ها را ذوب نمی‌کنیم بلکه فقط آن بخش‌هایی که قرار است به هم متصل شوند را حرارت می‌دهیم. در اینجا هم فقط مرز بین لایه‌ها به واسطه وجود نانولوله‌های کربنی، امواج مایکروویو را جذب کرده و گرم می‌شوند و ذوب می‌شوند و در هم فرو می‌روند و بقیه بخش‌ها، تغییر نمی‌کنند.

حق استفاده از این فناوری در اختیار یک استارت‌آپ محلی به بنام Essentium Materials قرار گرفته است تا این فناوری را به مرحله تجاری‌سازی برساند. این گروه امید دارند تا بخش مربوط به مایکروویو را در چاپگر قرار دهند بطوریکه عمل چاپ و جوش دادن الکترومغناطیسی لایه‌های پلاستیک در یک دستگاه و در همان مرحله چاپ انجام شود.

پی‌نوشت:

1- مواد اولیه مورد استفاده در چاپ سه بعدی بصورت نوارهایی در رنگ‌های مختلف به فروش می‌رسند که دراصطلاح به آنها فیلامِنت گفته می‌شود.

2- در فرایند چاپ سه‌بعدی، فیلامنت حرارت داده می‌شود و سپس بر اساس طرحی که به چاپگر داده شده است، بصورت لایه به لایه روی هم قرار می گیرد تا حجم نهایی ایجاد شود.

3- این منابع برای تولید مایکروویو توان پایین استفاده می شود.