تعمل تقنية الطباعة الثلاثية الأبعاد الجديدة على إنشاء هياكل مجهرية خالية من التسرب في 20 ثانية
طور باحثون من جامعة يوتا طريقة طباعة ثلاثية الأبعاد تخلق هياكل مجهرية صلبة في تعريض ليزر واحد، مما يزيل الطبقات الضعيفة التي عادة ما تتركها الطباعة التقليدية طبقة تلو الأخرى. تكتمل العملية في حوالي 20 ثانية، مما يوفر بديلاً أسرع بكثير للتقنيات الحالية المعتمدة على الليزر والتي يمكن أن تستغرق ساعات. حقق الفريق ذلك باستخدام قناع نانوي يعيد تشكيل ضوء الليزر إلى نمط ثلاثي الأبعاد يطابق الجسم المطلوب. فبدلاً من بناء الأجزاء طبقة واحدة في كل مرة، يقوم النظام بتقوية مواد الطباعة دفعة واحدة، مما يؤدي إلى إنتاج هياكل سلسة. يقول الباحثون إن هذا النهج يمكن أن يحسن قوة وموثوقية الأجهزة ذات الحجم الصغير مع تقليل وقت التصنيع بشكل كبير. لقد أثبتوا أيضًا أن الطابعة يمكنها إنتاج أجزاء متعددة بشكل مستمر في عملية تشبه الحزام الناقل. قاد البحث راجيش مينون، الأستاذ في قسم الهندسة الكهربائية وهندسة الكمبيوتر في كلية الهندسة بجامعة يوتا، إلى جانب عضو المختبر داجون لين. تقوم الطباعة ثلاثية الأبعاد التقليدية المعتمدة على الليزر ببناء الكائنات طبقة واحدة في كل مرة، مما قد يترك طبقات مجهرية حيث تلتقي الطبقات. يمكن لهذه الواجهات أن تضعف الأجزاء المطبوعة أو تسمح للسوائل بالتسرب في تطبيقات مثل أجهزة الموائع الدقيقة. ومن خلال معالجة البنية بأكملها في تعريض ضوئي واحد، تزيل الطريقة الجديدة حدود الطبقات وتنتج جزءًا أكثر تجانسًا. الصور المجسمة تحل محل الطبقات. تعتمد عملية الطباعة على الطباعة الحجرية الضوئية، وهي تقنية تصنيع تستخدم على نطاق واسع لتصنيع رقائق أشباه الموصلات. وبدلاً من تسليط الضوء على سطح مستوٍ، تقوم الطريقة الجديدة بتوجيه طاقة الليزر إلى حجم ثلاثي الأبعاد داخل مادة حساسة للضوء تسمى SU-8. في الطباعة الحجرية الضوئية التقليدية، يحجب قناع معتم الضوء من المناطق غير المرغوب فيها لإنشاء أنماط ثنائية الأبعاد. يعد توسيع المفهوم إلى ثلاثة أبعاد أكثر صعوبة، لأن الضوء يتبعثر أثناء انتقاله عبر المادة، مما يقلل من الدقة. ولحل هذه المشكلة، صمم الباحثون عدسة نانوية تعمل كقناع ثلاثي الأبعاد. يتم وضعه أمام الليزر، وهو يعوض حيود الضوء ويركز الطاقة فقط حيث من المفترض أن يتشكل الهيكل النهائي. وقال مينون: “يعمل القناع مثل قطاعة البسكويت، حيث يختم شكلاً معقدًا من العجين السميك”. “يقوم الليزر بخبز العجينة من الداخل في نفس الوقت، وبالتالي فإن الشكل الناتج يكون قويًا جسديًا.” تقدم الطباعة المجهرية باستخدام هذه التقنية، قام الفريق بتصنيع مصفوفات من الأنابيب الدقيقة بقطر أنبوبي فردي يصل إلى 6 ميكرومتر. وصلت الهياكل إلى نسب عرض إلى ارتفاع تصل إلى 120:1 مع الحفاظ على القوة الميكانيكية. اختبر الباحثون أيضًا الهياكل المجهرية المطبوعة تحت الضغط وأظهروا أنهم يستطيعون نقل السوائل من خلال العمل الشعري. وتشير هذه النتائج إلى أن هذه الطريقة قد تكون مفيدة للتطبيقات التي تتطلب قنوات ميكروسكوبية دقيقة، بما في ذلك أنظمة الموائع الدقيقة والتصنيع المتقدم. وينتج عن النهج الحالي ما يصفه الباحثون بهياكل “ثنائية الأبعاد ممتدة”. في حين أن الكائنات المطبوعة لها ارتفاع وعرض وطول، فإن النظام يسمح حاليًا بالتحكم الدقيق في بعدين فقط. ويعمل الفريق الآن على توسيع نطاق التكنولوجيا لتشمل الطباعة الحقيقية ثلاثية الأبعاد مع الحفاظ على سرعتها ودقتها. أظهر الباحثون أيضًا تصميمات شبكية متعددة وإنتاجًا مستمرًا لأشكال مختلفة، مما يشير إلى أنه يمكن توسيع نطاق العملية لتصنيع أسرع للمكونات الدقيقة المعقدة.
تم النشر: 2026-07-10 20:31:00
