كيف يمكنك طي رافعة التيتانيوم؟

التكنولوجيا الحديثة لطباعة طبقات من المعدن السائل وطيها كما في الأوريجامي، تجعل من الممكن إنشاء أشكال معقدة ثلاثية الأبعاد مثل الرافعة المصنوعة من التيتانيوم. سيتم استخدام طريقة الطي في المستقبل لإنشاء أجهزة معقدة للزراعة الطبية والتي ستدعم، على سبيل المثال، بناء الأنسجة

كيرين مارون "جاليليو"

بالفعل في القرن السابع عشر، عرف اليابانيون كيفية طي قطع الورق في منحوتات رائعة. اليوم، تم دمج فن الأوريجامي، وهو الفن الياباني لطي الورق، في أحدث التقنيات في القرن الحادي والعشرين. ومن الأمثلة على هذه التكنولوجيا الطباعة ثلاثية الأبعاد، التي تتيح للمستخدم تصميم كائن على جهاز كمبيوتر وإنتاجه بضغطة زر، دون الحاجة إلى التجميع.

ويتعامل مختبر الدكتورة جنيفر لويس (لويس) بجامعة إلينوي في الولايات المتحدة كثيرًا مع الطباعة ثلاثية الأبعاد وخاصة مع تطوير طرق طباعة الأشياء المعقدة من مواد متينة مثل المعدن والبلاستيك والسيراميك.

لويس هو أحد مؤسسي تقنية تسمى تجميع الكتابة المباشرة، حيث تقوم الطابعة بطباعة طبقات من الحبر السائل تحتوي على جزيئات من المادة المطلوبة.

رافعة معدنية وطيات أخرى تم إنشاؤها بواسطة الطريقة الخاصة للطباعة ثلاثية الأبعاد (الصورة: بوك يوب آهن)

يتبخر السائل الموجود فيه بعد الطباعة ويترك وراءه المادة (المعدن مثلا)، وتتم طباعة الطبقة الجافة بطبقة أخرى من الحبر. يتم تعريض الجسم النهائي الذي يتم الحصول عليه إلى درجات حرارة مختلفة لتثبيته (في عملية تسمى التلدين). ومع ذلك، فإن تكنولوجيا الطباعة هذه لها حدود.

بالنسبة للهياكل التي تتكون من طبقات عديدة، فإن الطبقات السفلية تكون في بعض الأحيان غير قادرة على تحمل عبء الطبقات العليا وتفقد شكلها. اقترح الدكتور بوك يوب آهن، الباحث في مختبر لويس، طريقة متطورة للتغلب على هذه المشكلة - فبدلاً من تحميل طبقات فوق طبقات، يمكن للمرء طباعة طبقة واحدة وإنتاج البنية ثلاثية الأبعاد المرغوبة عن طريق الطي - مثل الأوريغامي.

قابلة للطي الرطب

عندما حاول الباحثون طي "صفحة" معدنية مطبوعة، واجهوا مشكلة، إذ تبخرت السوائل الموجودة فيها بسرعة، ولم تكن الصفحة المتبقية مرنة بدرجة كافية وتشققت أو انكسرت عندما حاولوا طيها. ولمعالجة هذه المشكلة، لجأ العلماء مرة أخرى إلى طريقة يابانية قديمة، وهي طريقة طي الورق تسمى "الطي الرطب"، حيث يتم ترطيب الورقة لتسهيل طيها وتصميم منحنيات. ولتقليد نسيج الورق المبلل، قام الباحثون بدمج الأحبار السائلة سريعة الجفاف مع المذيبات التي تتبخر ببطء، مما زاد من قدرتها على التحكم في المادة.

رافعة التيتانيوم

إن الجمع بين الطي والطباعة يفتح إمكانيات تجميع جديدة، لا يمكن الحصول عليها من الطباعة ثلاثية الأبعاد العادية. على سبيل المثال، استخدم الباحثون طريقة الطي لإنشاء رافعة من التيتانيوم، بحيث تتدلى أجنحة الرافعة فوق جسمها دون دعم من الأسفل - وهو هيكل لا يمكن إنتاجه بتقنيات الطباعة الحالية.

ووفقا للباحثين، يمكن استخدام تقنية الطي، من بين أمور أخرى، لإنتاج أجهزة معقدة للزراعة الطبية، على سبيل المثال "السقالات"، وهي الهياكل المستخدمة لدعم العمليات البيولوجية مثل بناء الأنسجة.

ومن أجل التوضيح، قام الباحثون بطي الأشكال المعقدة (مثل الرافعة) يدوياً، ولكن هناك روبوتات قادرة على القيام بالطي المعقد، ومن الممكن أن تشجع تقنية لويس وزملائها التقدم في هذا المجال حسنًا.

تم نشر المقال في مجلة "جاليليو" الصادرة عن شركة Moto Communications.