پژوهشگران دانشگاه سارالند آلمان تکنیک هاتفلکس را توسعه داده اند: تکنیکی که بوسیله کامپیوتر کنترل میگردد و امکان پرینت سه بعدی ساختارهای کامپوزیتی با قابلیت تغییر شکل پس از چاپ را فراهم کرده است.
توضیحات پیش رو را در فرآیند پرینتر سه بعدی در نظر بگیرید: پس از پرینت شی سه بعدی حالت استاتیک دارد و قادر نیستید تغییر یا اصلاحاتی بنیادی طبق نیازهایتان در آن ایجاد کنید.
خواه با این تفسیر موافق باشید یا نباشید، بسته به تحلیل شما از فرآیند تغییر است؛ به هر حال پرینتر سه بعدی به شما اجازه چاپ یک مدل سه بعدی را میدهد تا ببینید کارکردش را ارزیابی کنید و اگر احتیاج بود دوباره فرآیند چاپ را تکرار میکنید. این فرآیند تکرار میتواند «تغییر» تعبیر میشود و با نیازهای شما تطبیق پیدا میکند. اگر با حس خوشبینی فکر کنیم، آیا حقیقتا پرینت سه بعدی برای تغییر و سازگاری اشیا، عالی نیست؟
با این حال، دانشجوی دوره دکترای دانشگاه سارالند «دنیل گرگور» به مفهوم بالا عمیقا فکر کرد. او میگوید: “چون در چاپ سه بعدی اشیا حتی آنهایی که با انواع فیلامنتهای انعطاف پذیر ساخته میشوند، نمیتوان تغییر ساختاری ایجاد کرد. از نظر من این تغییرات به طور کامل نشاندهنده سازگارپذیری نیست. بنابراین تکرار فرآیند چاپ سه بعدی تا رسیدن به سطح عالی از دید برخی میتواند هدررفت منابع تعریف شود“.
HotFlex 3D Print Technic
ممکن است فکر کنید که چنین برداشتی از یک تکنولوژی انقلابی که جهان صنعت را دگرگون کرده و قدرت بیشماری در نمونه سازی سریع فراهم آورده است، کمی خشن باشد. گرگور و تیم تحقیقاتی وی قصد دارند مفهوم جدیدی در فرآیند پرینت سه بعدی وارد سازند: چاپ سه بعدی اشیا با هر دو مزیت انعطاف پذیری و سازگاری هندسی. آنها روش بسیار هیجان انگیزی را برای رسیدن به هدفشان انتخاب کرده اند؛ HotFlex مخلوق جدید آنها یک ساختار کامپوزیتی مسطح است که از چندین لایه منحصربفرد تشکیل یافته است.
این لایه ها بوسیله پردازش مداری آردینو قابل کنترل و تغییر هستند. فرضا اگر مدار آردینو گرمادهی را در مرکز یک لایه فعال کند، کل شی به فرم متفاوتی تغییر شکل میدهد. بدین ترتیب دست سازندگان در ایجاد تغییرات فیزیکی در اشیا با روشهای گوناگون فراهم میشود.
اگرچه یک لایه گرمایی مرکزی در ساختار پرینت سه بعدی شده وجود دارد که با آردینو کنترل میشود ولی بقیه لایه ها نیز عملکردی بنیادی در کل ساختار ایجاد کرده اند. اطراف لایه گرمایی، لایه ماژولار قرار گرفته که از پلیمرهای پلاستیکی تجزیه پذیر تشکیل یافته است. اگر این لایه به دمایی کمتر از ۶۰ درجه سلسیوس برسد، منعطف شده و قابلیت تغییر فرم را فراهم میکند (فرضا با دست تغییر در شکل ساختار ایجاد میکنیم). پس از کاهش دما بافت تغییریافته پایدار باقی میماند. اطراف لایه ماژولار را هم بافت پلاستیک انعطاف پذیر دیگری احاطه کرده است که لایه پایه (base) خوانده میشود و وظیفه آن محافظت و استحکام از ساختار میباشد.
برای ایجاد ساختاری با لایه سه گانه و قابل کنترل با کامپیوتر تیم تحقیقاتی از پرینترهای سه بعدی معمول بازار استفاده کرد (Makerbot Replicator 2 و Leapfrog Creatr HS). لایه بیرونی با فیلامنت بهبود یافته ABS، PLA، TPE و لایه ماژولار با فیلامنت PCL: polycaprolactone چاپ گردید. ساختار گرمادهی نیز یک لایه resistor با طرح مارپیچی میباشد و با پرینترهای سه بعدی که قادر به چاپ بورد مداری هستند قابل ساخت است (البته متریال های استفاده شده در بازار موجود نیست و توسط تیم تحقیقاتی تولید شده است).
طبق گفته تیم تحقیقاتی دانشگاه سارالند، تکنیک Hotflex کاربردهای متنوعی دارد: مثل گجتهای هوشمند با امکان پیچش به اعضای بدن، سنسورهای لمسی واکنشگرا و سطوح هوشمند نمایشگر داده. در اولین مرحله گرگور یک دستبند هوشمند را با این شیوه پرینت سه بعدی کرده اند. این مچ بند با توجه به ویژگی دست فرد استفاده کننده به صورت خودکار تنظیم و قفل میشود. گرگور درباره روند ساخت این مچ بند میگوید که فعلا مراحل واردسازی لایه الکترونیک گرمادهی جداگانه و با نظارت انسان صورت میگیرد ولی به زودی تمام مراحل اتوماتیک انجام میشود.
ممکن است در مورد عملکرد بی نقص ساختارهای فرم پذیر هوشمند که پرینت سه بعدی میشوند شک داشته باشید ولی مطمئنا تیم پژوهشگران «گرگور» بدون توجه به انتقادات با هیجان تحقیقات خود درباره روشهای جدید چاپ سه بعدی متریالهای هوشمند را ادامه خواهند داد.
آنها اعتقاد دارند شیوه آنها انقلابی در مدلسازی ایجاد میکند؛ دیگر لازم نیست فرآیند چاپ را با کلیک بر تنظیمات پرینتر سه بعدی تکرار کنید، یکبار چاپ کافی است تا با ابزارهای مناسب یا دست خودتان بدون محدودیت روی مدل ساخته شده کار کنید و هر بار بازخورد متفاوتی را تجربه کنید. مسلما منفعت زیادی برایتان به ارمغان می آورد: هم در زمان صرفه جویی کرده اید و هم از اتلاف منابع و هزینه ساخت خلاص میشوید.