تقدّم جديد في التصنيع الإضافي بجامعات ألمانيا والهند وأمريكا: طباعة ثلاثية الأبعاد لمستشعر MRI بتكلفة 30 دولارًا

أخبار ar.wedoany.com، طوّر معهد الهندسة الجزيئية والمواد المتقدمة (IMSEAM) بجامعة هايدلبرغ الألمانية مادة قابلة لإعادة التدوير بنظام الحلقة المغلقة، تُستخدم في عمليات المعالجة الضوئية الرقمية (DLP) والطباعة الحجرية المجسمة (SLA)، حيث يمكن لراتنجات الطباعة ثلاثية الأبعاد المعتمدة على الضوء أن تتحلل في غضون ثوانٍ في درجة حرارة الغرفة إلى مكونات جزيئية تحت تأثير محفّز كيميائي خاص، ثم يُعاد استخدامها من جديد. وبالمقارنة مع عمليات البوليمر الأخرى مثل التصنيع بالترسيب المنصهر (FFF)، تتميز الطباعة ثلاثية الأبعاد المعتمدة على الضوء بدقة أعلى وسرعة أفضل في بعض السيناريوهات، إلا أن راتنجاتها تثير تساؤلات حول استدامتها نظرًا لصعوبة إعادة تدويرها. تحتوي المادة شبه المستقرة التي طورتها الجامعة على نقاط انكسار محددة مسبقًا، حيث تتفكك السلاسل الطويلة بالكامل في غضون ثوانٍ في درجة حرارة الغرفة عند تعرضها لمحفّز كيميائي خاص. وأوضح طالب الدكتوراه يوهانس ماركهارت في بيان صحفي أن هذه العملية تشبه تأثير الدومينو. وفي التجارب، استخدم الفريق هذه المادة لتصنيع هياكل معقدة بمقياس ميكرومتري، ثم أعادوا تحليلها إلى راتنج البوليمر؛ وأكد التحليل الطيفي أن المنتج المُعاد تدويره مطابق كيميائيًا للمادة الأولية على المستوى الجزيئي. وأشارت البروفيسورة إيفا بلاسكو، قائدة المشروع، إلى أن الاستقرارية وقابلية إعادة التدوير ليسا أمرين متناقضين. نُشرت الدراسة في مجلة Advanced Materials.

أما التقدّم الآخر في مجال الطباعة ثلاثية الأبعاد المستدامة، فيأتي من باحثين في المعهد الهندي للهندسة والتكنولوجيا الريفية (IERT) والمعهد الوطني للتكنولوجيا موتيلال نهرو في الله أباد (MNNIT). فقد طوّروا نظامًا لبثق الخيوط يحوّل البولي إيثيلين تيريفثالات (PET) المهمل من الزجاجات البلاستيكية إلى خيوط صالحة لعمليات التصنيع بالترسيب المنصهر (FFF). قام الفريق بفرز الزجاجات المهملة وغسلها وتجفيفها وسحقها ثم معالجتها إلى خيوط، وأجروا اختبارات مقارنة على نفس النظام باستخدام حبيبات حمض البوليلاكتيك (PLA) لإنتاج عينات اختبار. أظهرت النتائج أن قوة الشد لخيوط PLA أعلى بنحو 11% من خيوط PET (44±3.6 ميجاباسكال مقابل 39±3.2 ميجاباسكال). وعلى الرغم من أن PET المُعاد تدويره أقل من الأداء النموذجي لـ PET الخام، يرى الفريق أنه لا يزال ذا قيمة في تطبيقات مثل المنتجات المنزلية ومنتجات الأزياء. وأكدت الدراسة أن التحديات الرئيسية في إعادة تدوير PET إلى خيوط تكمن في إدارة الرطوبة واتساق الأبعاد. ويعترف الفريق بأنه لا تزال هناك حاجة إلى مزيد من التحسين وتوصيف المواد قبل أن تحل خيوط PET المُعاد تدويرها محل الخيوط القياسية بشكل كامل، لكنهم يرون أنهم أظهروا أساسًا عمليًا لإعداد مواد خام بوليمرية مُعاد تدويرها في التصنيع الإضافي. نُشرت الدراسة في مجلة Advanced Manufacturing.

لا تؤدي الأجهزة الطبية الجاهزة المصممة للبالغين أداءً جيدًا دائمًا عند استخدامها مع الرضع أو الأطفال، مما دفع باحثين في جامعة جنوب كاليفورنيا (USC) إلى تطوير مستشعر MRI مرن قابل للتخصيص لكل مريض على حدة. يمكن طباعة كل مستشعر ثلاثي الأبعاد في أقل من 10 دقائق بتكلفة تبلغ نحو 30 دولارًا؛ وأظهرت الاختبارات تحسنًا في تباين الصور بمقدار أربعة أضعاف مقارنة بالمستشعرات الجاهزة. وقال ياسر خان، الأستاذ المساعد في قسمي الهندسة الكهربائية وهندسة الحاسوب والهندسة الطبية الحيوية بالجامعة: "من خلال جعل إنتاج أجهزة MRI المخصصة أسرع وأكثر اقتصادية، نأمل في توفير تصوير أفضل للمرضى الذين عادةً ما يحصلون على خيارات أقل، خاصة الرضع والأطفال، وإضفاء مستوى من الدقة والتخصيص على التصوير بالرنين المغناطيسي لم يكن متاحًا من قبل". في هذه العملية، تُطبع أحبار فضية موصلة ثلاثي الأبعاد على بوليمر لدن بالحرارة يتوافق مع جسم المريض، ثم يُوصَل المستشعر الناتج (المعروف أيضًا باسم الملف) بنظام التصوير بالرنين المغناطيسي. تم تصميم المستشعر وتصنيعه في مختبر خان، واختُبر في مركز علوم التصوير الديناميكي (DISC) المجهز بنظام MRI فريد. نُشرت الدراسة في مجلة Nature Communications.

عرض مهندسون من جامعة يوتا الأمريكية طريقة للطباعة ثلاثية الأبعاد تتجنب البناء الطبقي التقليدي، باستخدام قناع ضوئي نانوي يحوّل الليزر إلى نمط هولوغرافي يعمل على تثبيت المادة الخام في خطوة واحدة. استخدم الفريق هذه التقنية لطباعة مكونات أنبوبية دقيقة، يصل قطر الأنبوب الواحد إلى 6 ميكرومترات، وبنسبة أبعاد تصل إلى 120:1. يمكن للقطع المطبوعة أن تترك فراغات على طول العرض والارتفاع، لكن إنشاء فراغات على طول اتجاه الارتفاع لا يزال يتطلب مزيدًا من التحسين. ولتحقيق ذلك، استفاد الباحثون من الفروق الزمنية بين عملية التعرض للضوء وعملية التثبيت، وصمّموا القناع الضوئي بوسائل هندسية حسابية بحيث تظل المناطق المخطط لها أن تكون مجوفة داكنة بما يكفي لتجنب الترابط الجزيئي. ويمكن للأشكال الناتجة، مثل الأسطوانات المجوفة والمكعبات، أن تكون بمثابة إثبات للمفهوم لقطع أكبر حجمًا، حيث تتم الطباعة في غضون ثوانٍ. نُشرت الدراسة في مجلة Science Advances.