پژوهشگران آزمایشگاه ملی اوکریج آمریکا با الهام از هنر سنتی ژاپنی اوریگامی روشی نوین برای چاپ سهبعدی ابداع کردهاند که امکان تولید سازههای کامپوزیتی بدون نیاز به قالب را فراهم میکند. این فناوری علاوه بر کاهش چشمگیر هزینهها، زمان ساخت را نیز بهطور قابل توجهی کوتاه کرده و امکان تولید اشکال پیچیدهای را فراهم میسازد که با روشهای متداول ساخت قابل دستیابی نیست.
به گزارش New Atlas، اوریگامی هنر تبدیل صفحات تخت کاغذ به اشکال سهبعدی از طریق تا زدن، الهامبخش این فناوری جدید بوده است. در این روش قطعات بهصورت صفحات تخت چاپ میشوند و پس از تولید با تا شدن به شکل نهایی خود درمیآیند؛ رویکردی که نیاز به قالبهای گرانقیمت و زمانبر را از بین میبرد.
استیون گوزورک پژوهشگر ارشد این پروژه در آزمایشگاه ملی اوکریج گفت: این روش پیشگامانه با ترکیب علم مواد و اصول طراحی تحولآفرین تعریف تازهای از تولید پیشرفته ارائه میدهد. استفاده از مفاهیم الهامگرفته از اوریگامی در کامپوزیتهای هیبریدی علاوه بر افزایش بهرهوری و مقیاسپذیری تولید سازههای بزرگ، امکان ساخت فرمهایی را فراهم کرده که با روشهای رایج تولید افزایشی قابل دستیابی نبود.
در روشهای متداول تولید قطعات کامپوزیتی هرچند محصول نهایی از استحکام و دوام بالایی برخوردار است اما فرآیند ساخت نیازمند برنامهریزی طولانی، طراحی قالبهای اختصاصی و صرف هزینههای قابل توجه است. فناوری جدید ORNL این مرحله را حذف کرده و به جای آن از پنلهای متصل تخت تا تاشو (Flat to Foldable) استفاده میکند.
در این فناوری هر پنل از یک لایه پایه مقاوم شامل موادی مانند نایلون، الیاف شیشه یا الیاف تزریقشده با رزین تشکیل شده است. سپس لایهای از ماده اتصالدهنده مانند پلییورتان ترموپلاستیک روی این بستر اعمال میشود.
در مرحله بعد چاپگر سهبعدی یک لایه شبکهای سازهای را روی این سطح چاپ میکند. این شبکه میتواند از ترموپلاستیک تقویتشده با الیاف کربن و آکریلونیتریل بوتادین استایرن (ABS) برای دستیابی به وزن کم و استحکام مناسب یا از رزینهای ترموست بر پایه استایرن یا اپوکسی برای افزایش سختی و دوام ساخته شود.
به گفته پژوهشگران اتصال مولکولی میان لایه شبکهای و پارچه پایه، استحکام بالایی ایجاد میکند و موجب میشود قطعه نهایی بهصورت یکپارچه عمل کند. گوزورک در این باره توضیح داد: رمز موفقیت این فناوری در انتخاب صحیح مواد است. با درک ویژگیهای علم مواد، موادی را انتخاب کردیم که بتوانند پیوندی موثر در سطح مولکولی ایجاد کنند و یک قطعه کاملا یکپارچه بسازند.
این روش امکان تولید سازههایی سبک، مقاوم و قابل تا شدن را تنها در یک فرآیند تولید فراهم میکند. همچنین کنترل دقیق شکل، استحکام و ویژگیهای مکانیکی قطعه را امکانپذیر ساخته و در عین حال هزینهها را کاهش داده و سرعت ساخت را افزایش میدهد.
از دیگر مزیتهای این فناوری امکان تولید قطعات هندسی پیچیده و بسیار بزرگتر از ابعاد چاپگر سهبعدی است؛ قابلیتی که در روشهای مبتنی بر قالب از نظر اقتصادی مقرونبهصرفه نیست.
نتایج آزمایشهای پژوهشگران نشان میدهد حذف قالبها باعث شده زمان ساخت قطعات سفارشی تا ۹۵ درصد و هزینه تولید آنها تا ۹۰ درصد نسبت به روشهای متداول ساخت کامپوزیت کاهش یابد. علاوه بر این حذف نیاز به نگهداری قالبها نیز هزینههای جانبی تولید را به میزان قابل توجهی کاهش میدهد.
گوزورک در پایان اظهار کرد: هدف ما توسعه این فناوری در مقیاس صنعتی است تا تولیدکنندگان در صنایع مختلف بتوانند از ظرفیت کامپوزیتهای هیبریدی بدون قالب بهرهمند شوند. این فناوری فرصتهای تازهای برای طراحی محصولات نوآورانه و توسعه کاربردهای جدید در حوزه تولید پیشرفته ایجاد خواهد کرد.
انتهای پیام/