در حال حاضر فرآیندهای ساخت افزایشی توسط دستگاه های پرینتر سه بعدی با موادی همچون پلاستیک، فلز و سرامیک در جهان رایج است. ولی در همین زمان، مواد متنوع و عجیب دیگری هم برای این کار وجود دارند که پرینت سه بعدی را خاص و ویژه تر می کند. در حال حاضر می توانید هر طرح عجیب و مافوق طبیعی مورد نظرتان را با شکلات، نمک، پلاستیک زباله های بازیافتی و حتی خاکستر پرینت بگیرید. ، ثابت شده است که در برخی موارد این مواد، جایگزینی عالی برای پلاستیک هستند و مصرف بی رویه و اثرات زیست‌محیطی ناشی از آن را کاهش می‌دهند. در این مقاله نگاهی به کاربرد این مواد شگفت انگیز در پرینت سه بعدی می اندازیم . شاید در نگاه اول عجیب به نظر برسد اما حقیقت دارد.

کاربرد مواد دریایی در پرینت سه بعدی

امروزه فیلامنت ها هنوز هم رایج ترین مواد مورد استفاده در پرینت سه بعدی هستند، معمولا به این دلیل که غالبا پرینتر های سه بعدی FDM به راحتی در دسترس عموم هستند. ولی آیا می دانید که بعضی فیلامنت ها از صدف ماهی و سخت پوستان ساخته می شود؟ یک کمپانی فرانسوی به نام فرانکوفیل (Francofil)، اخیرا موادی را به بازار عرضه کرده است که از PLA و پوسته ی صدف و گوش ماهی و صدف خوراکی ساخته شده است. در فرانسه این مواد از ضایعات مواد غذایی استخراج شده و برای تولید فیلامنت خرد می شوند. و همانند PLA معمولی پرینت می شوند.

نمک محلی در پرینت سه بعدی

Emerging Objects یک شرکت آمریکایی است که از فناوری های جدید در استفاده از مواد خلاقانه برای ایجاد پروژه های خارق العاده بهره می گیرد. یکی از برجسته‌ترین ابتکارات این شرکت، Saltygloo است – ساختاری که توسط پرینت سه بعدی نمک ساخته شده است. نمک مورد استفاده به صورت محلی در خلیج سانفرانسیسکو جمع آوری شده است. به دلیل شرایط آب و هوایی سالانه حدود 500000 تن نمک دریا در اینجا تولید می شود. از این نمک برای ساخت ساختارهای سبک وزن در مقیاس بزرگ به صورت افزودنی استفاده می شود. علاوه بر  Saltygloo، این شرکت، به خاطر پروژه های نمکی دیگر مانند برج GEOtube و ساخت خانه هم مشهور است.

شکلات، شیرین ترین ماده در پرینت سه بعدی

شاید این ماده به اندازه دیگر مواد این فهرست عجیب و استثنایی نباشد اما مطمئناً در میان رایج ترین موارد استفاده شده در پرینت سه بعدی قرار می گیرد. فرآیند پرینت سه بعدی شکلات، مشابه به فناوری FDM است، اما خواص خنک کنندگی متفاوتی نسبت به پلاستیک دارد، بنابراین فرآیند پرینت آن زمان بیشتری می برد. محبوبیت این فناوری در طول سال ها افزایش یافته است و بسیاری از شرکت ها را بر آن داشته تا پروژه های مختلف و حتی چاپگرهای سه بعدی شکلاتی تهیه کنند. از جمله معروف ترین آن ها می توان به همکاری 3Dsystems و یکی از بزرگترین تولیدکنندگان شکلات به نام Hershey اشاره کرد.

کاربرد خاکستر در پرینت سه بعدی

شرکت اسپانیایی Narbón مختص معرفی فناوری‌ها و نوآوری‌های جدید در بخش تشییع جنازه است. سرویس 3DMemories، از پرینت سه بعدی در ساخت جواهرات سرامیکی اصل و منحصر به فرد از خاکستر، مو، DNA یا بقایای اسکلت یکی از عزیزان فوت شده استفاده می کند.

برای انجام این کار، قبل از پرینت سه بعدی جواهرات، الگو باید پردازش شده و سپس با مواد چینی ترکیب شود. سپس مینای دندان اضافه شده و قطعه ثابت می شود. این سرویس طیف وسیعی از محصولات را برای مردان و زنان ارائه می دهد. بدون شک، شرکت خدمات تشریفات کفن و دفن 3DMemories با ارائه ی طیف وسیعی از جواهرات، راهی منحصر بفرد برای یادبود عزیزان است.

فیلامنت های چوبی در پرینت سه بعدی

مدتی است که فیلامنت های چوبی یا گیاهی نیز در بازار عرضه شده است. به عنوان مثال، شرکت هلندی ColorFabb چند نوع فیلامنت جایگزین از این دسته را ارائه کرده است. در سال 2014 کمپانی BambooFill آغازگر این کار شد و در سال های بعدکمپانی های CorkFill و WoodFill کارش را توسعه دادند. الیاف چوب معمولاً با PLA/PHA مخلوط می شوند و به قطعات، یک پوشش طبیعی و با کیفیت می دهند. از این نوع فیلامنت برای ساخت انواع مجسمه، قطعات مبلمان و یا تزئینات دیوار استفاده می شود. علاوه بر این ها از این فیلامنت می توان در هر جایی که نمای چوبی بخواهد، استفاده کرد. از زمانی که ColorFabb تولید BambooFill خود را متوقف کرده است، محصولی مشابه به شکل Wood Bamboo از AzureFilm خریداری کرد. به گفته این شرکت، برای این منظور 40 درصد چوب بازیافتی با 60 درصد پلیمر مخلوط می شود. اما برای جلوگیری از مشکل در چاپ با این فیلامنت، توصیه می شود سرعت چاپ را کاهش دهید. به گزارش مجله ی Endwind یک شرکت آمریکایی هم فیلامنتی بر پایه PLA و با افزودنی کنف عرضه کرده هست.

استفاده از کتان در پرینت سه بعدی

جایگزین دیگر فیلامنت های سنتی، ماده ای کامپوزیت است که از PLA و کتان ساخته شده و کاری از سازنده فرانسوی Nanovia است. این شرکت می‌گوید که این ماده کامپوزیت نه تنها یک جایگزین پایدار برای فیلامنت های سنتی است، بلکه امکان به دست آوردن طیف های مختلف رنگ قهوه‌ای را با اعمال پارامترهای مختلف چاپ نیز فراهم می‌کند. این طیف رنگی را می توان با تغییر دمای چاپ در طول فرآیند تولید به دست آورد. در مورد مرحله ی پایان کار، سازنده توصیه می کند که قطعات چاپ شده را با یک روش محافظت در برابر اشعه ماوراء بنفش مهر و موم کنید تا قطعات چاپ شده تا زمانی که ممکن است دست نخورده باقی بمانند.

پرینت سه بعدی با شکر

Sugar Lab تقریباً ده سال پیش توسط 3D Systems خریداری شد، اما در سال 2020 شروع به فعالیت کرد و به عنوان یک شرکت چاپ سه بعدی مخصوص تولید شیرینی‌ و از تولید به مصرف شروع به کار کرد. این شرکت با استفاده از Brill 3D Culinary Studio که در ابتدا توسط 3D Systems ساخته شد و ChefJet Pro نام داشت، آب نبات و تزئینات را در اشکال پیچیده می ساخت. این شرکت مستقر در لس آنجلس می گوید که توانایی تولید آب نبات در همه طعم ها و رنگ ها را دارد و قادر است برای تولد، عروسی یا مهمانی ها، انواع آب نبات را با پرینتر سه بعدی بسازد. و در مورد کمیت، به نظر می رسد پرینتر سه بعدی می تواند صدها شیرینی در روز تولید کند. در حالی که Sugar Lab (لابراتوار قند) شناخته شده ترین شرکتی است که از شکر به عنوان ماده چاپی استفاده می کند، شرکت های دیگری مانند Modernist Cuisine نیز در تلاش اند که با شکر پرینت سه بعدی انجام دهند.

پرینت سه بعدی با شیشه

شیشه سال هاست که در صنایع متعددی رواج داشته و در تولید مواد افزودنی نیز بکار می رود. تعدادی از محققین از جمله محققین MIT یا آزمایشگاه ملی لاورنس لیورمور (LLNL)، روش هایی برای چاپ سه بعدی شیشه پیشنهاد داده اند. به عنوان مثال، تیم MIT دستگاه G3DP2 را معرفی کرده است که می تواند 5 کیلوگرم شیشه را در ساعت پردازش کند. محققان با این دستگاه موفق به ایجاد ستون های شیشه ای به ارتفاع 3 متر در طی یک هفته طراحی در میلان شدند. به تازگی استارتاپ گلاسومر(Glassomer) نیز فناوری خود را برای چاپ سه بعدی شیشه ارائه کرده است. این شرکت در حال توسعه ماده ای از پودر شیشه ریز و چسب پلاستیکی است که می تواند توسط چاپگرهای SLA پردازش شود.

فیلامنت ساخته شده از پلاستیک بازیافتی

امروزه، در زمینه تولید مواد افزودنی موضوع پایداری به طور روزافزون مورد توجه قرار گرفته است، به همین دلیل بسیاری از شرکت ها به دنبال جایگزین هستند در سال‌های اخیر، چند محصول جالب تولید شده است که هدف آن پایدارتر کردن چاپ سه بعدی با تولید فیلامنت های از جنس پلاستیک بازیافتی است. یکی از این پروژه‌ها، پروژه ی ( Print The City by The New Raw ) – پرینت شهر با مواد خام جدید- است که در آن پلاستیک‌های زباله‌های ساکنان آمستردام و تسالونیکی به فیلامنت چاپ سه‌بعدی تبدیل می‌شود و برای چاپ نیمکت‌ها و سایر مبلمان خیابانی استفاده می‌شود. ابتکار دیگر پروژه ( Million Waves) -میلیون موج- است که هدف آن تولید فیلامنت از PET بازیافتی برای پرینت اعضای مصنوعی برای افراد نیازمند است. نمونه دیگر سه چرخه ZUV است که در اتریش توسط EOOS با استفاده از فیلامنت هایی پرینت گرفته شد که از 70 کیلو زباله پلاستیکی سوپرمارکت های وین ساخته شده بود.

پرینت سه بعدی با مواد مشابه عاج

در میان انبوهی از مواد کاربردی برای پرینت سه بعدی، مواردی هم وجود دارند که موقتا برای رفع نیازهای خاص و حل مشکلات قدیمی به روشی نوآورانه ساخته شده اند. یکی از این مواد Digory است که توسط دانشگاه وین با همکاری Cubicure GmbH برای بازسازی آثار باستانی و اشیاء ساخته شده از عاج تولید شد. این ماده یک رزین مصنوعی حاوی ذرات فسفات کلسیم و پودر اکسید سیلیکون است. محققان، این ماده جدید را با ویژگی های عاج مانند برای بازسازی اشیاء با کمک چاپ سه بعدی یا فناوری SLA ساخته اند. شباهت بین این دو ماده قابل توجه است – تقریباً هیچ تفاوتی وجود ندارد!

استفاده از خاک رس به عنوان ماده ای پایدار در پرینت سه بعدی

یکی از مواد غیرعادی مورد استفاده در پرینت سه بعدی که مطمئناً در سال های اخیر مورد توجه قرار گرفته، خاک رس است. خاک رس از نظر فنی، زیرمجموعه ی فیلامنت های سرامیکی در پرینت سه بعدی است، که اگرچه چاپ با آن دشوار است، اما به دلیل خواص باورنکردنی اش معروف شده است. استفاده از خاک رس را شرکت ایتالیایی WASP ترویج کرد. کاربردهای بسیار دیگری نیز وجود دارد، که بسیاری از آن ها به دلیل خواص خاک رس، بر پایداری متمرکزند. این امر را می توان در پروژه هایی مانند پرینت کاشی های سفالی archiREEF به منظور احیای مرجان ها در هنگ کنگ یا چاپ سه بعدی ظروف سفالی که برای کاهش ضایعات مواد غذایی طراحی شده اند، مشاهده کرد.

الماس، سخت ترین ماده در جهان برای پرینت سه بعدی

شاید برای شما تعجب آور باشد که آیا امکان چاپ سه بعدی الماس به عنوان سخت ترین ماده روی زمین وجود دارد؟ در سال 2019، کمپانی ساخت افزودنی سندویک (Sandvik ) اعلام کرد که اولین کامپوزیت الماس را با پرینت سه بعدی ساخته است. اگرچه درخشش ندارد، ولی سازندگان را قادر به پرینت سه‌بعدی این ماده فوق‌العاده سخت می کند و انقلابی خاص در صنعت ابزارسازی است. الماس به دلیل داشتن ویژگی مقاومت در برابر سایش، اغلب در صنایع گسترده ای مانند استخراج و حفاری تا ماشینکاری و ایمپلنت های پزشکی بکار میرود. اما تراش آن دشوار است. بدین ترتیب،Sandvik ادعا می کند که اکنون امکان چاپ سه بعدی این ماده در اشکال بسیار پیچیده وجود دارد و این شرکت به کاربردهای آن در آینده نزدیک بسیار امیدوار دارد.

پرینت سه بعدی در بخش پزشکی با سلول های انسانی

وقتی صحبت از پرینت سه بعدی در بخش پزشکی می شود، اغلب ذهن مردم به سمت چاپ زیستی معطوف می شود. در چاپ زیستی، ساختارهای سلولی، از جمله ساختارهای انسانی، از جوهرهای زیستی که با سلول‌های بنیادی بارگذاری شده‌اند، ساخته می‌شوند. مانند پرینت سه بعدی معمولی، مواد زیستی را می توان لایه به لایه رسوب داد و چیزهایی مانند پوست، بافت، استخوان و حتی اندام ها را ساخت. این فناوری اگرچه هنوز در مراحل ابتدایی خود قرار دارد ولی یک فناوری در زمینه ایجاد راه حل های بلندمدت و بادوام است. در حال حاضر ما شاهد پروژه های هیجان انگیزی هستیم که با استفاده از این فناوری انجام گرفته است. محققان با چاپ سه بعدی، اندام هایی از جمله قلب، کلیه، پانکراس و کبد و غیره را به طور آزمایشی ساخته اند. دیگران هم، برای بازسازی استخوان ها در بدن انسان، روش چاپ زیستی با سرامیک ها و جوهرهای زیستی را ابداع کرده اند.

فناوری ساخت افزایشی (Additive Manufacturing) توسط چاپگرهای سه بعدی از جدیدترین علوم در جهان است که روز به روز به پیشرفت آن در زمینه های مختلف تولید افزوده می شود. شاید کسی فکرش را هم نمیکرد که روزی توانایی ساخت قطعات با مواد عجیبی که در بالا اشاره شد، وجود داشته باشد ولی اکنون تمامی این احتمالات عملی شده است و در آینده شاهد عجایب دیگری از دستگاه های پرینتر سه بعدی با تکنولوژی های مختلف خواهیم بود.