בסדרת המדע הבדיוני "מסע בין כוכבים" היו הרבה טכנולוגיות עתידניות מרשימות, כשאחד המכשירים הבולטים ביותר היה "הרפליקטור" – סוג של מדפסת תלת-מימד שיכולה להדפיס כל דבר, החל מסנדוויץ' פסטרמה ועד חלקי חילוף של חללית (או תה, ארל גריי, חם) באופן מיידי. בסדרה, הרפליקטור היה מארגן מחדש חלקיקים יסודיים למבנים מולקולריים מורכבים, וכך גורם לתוצר הסופי להופיע "יש מאין" מתוך המכשיר. אז לא, לא המצאנו עדיין את הרפליקטור, אבל ההתפתחויות האחרונות בתחום הדפסות התלת-מימד בהחלט גורמות לחלקינו לשפשף את העיניים בתדהמה.
הטכנולוגיה מאחורי מדפסות התלת-מימד פותחה בשנות ה-80 של המאה הקודמת, וכבר בשנות ה-90 הופיעו החברות הפרטיות הראשונות בתחום. ישנן הרבה שיטות שונות להדפיס מבנים תלת-מימדיים (מספיק כדי למלא סדרת פוסטים על הנושא), אך כאן נתמקד בשיטה חשובה אחת שנקראת סטריאוליטוגרפיה או SLA.
שיטת ה SLA מתבססת על שימוש בחומרים מיוחדים שנקראים פוטופולימרים, שמשנים את תכונותיהם בחשיפה לאור באורך גל (כלומר, בצבע) מסוים. כאשר פוטופולימר נחשף לאור מתאים הוא עובר תהליך של פילמור (פולימריזציה [1]) והופך מנוזל למוצק, מה שמאפשר להדפיס מבנה תלת-מימדי מתוך חומר גלם נוזלי על ידי שימוש בקרני לייזר להדפסת המבנה במרחב. אתם מוזמנים לקרוא עוד על פולימרים בפוסט המצויין של מכון דוידסון [2].
בדומה לכל שיטות הדפסת התלת-מימד האחרות, גם בשיטת ה SLA התוצר הסופי נבנה בשלבים, שכבה אחרי שכבה, בצורה שמאד מזכירה הדפסה דו-מימדית רגילה. לגישה השכבתית יש הרבה חסרונות, כגון זמני הדפסה ארוכים, חספוס גבוה של פני השטח, תהליך עיבוד ארוך של התוצר הסופי וחוסר אחידות מרחבית בתכונות המכניות של המבנה המודפס.
לו רק יכולנו להדפיס את כל המבנה בבת אחת...
במאמר חדש שפורסם בכתב העת היוקרתי Science, קבוצת חוקרים מארה"ב הציגו שיטה חדשה המאפשרת להדפיס מבנים תלת-מימדיים בבת אחת מבלי לבנות אותם שכבה אחרי שכבה, כך שהמבנה המוגמר פשוט "מופיע" בתוך מיכל המדפסת [3]. השיטה החדשה מתבססת על שילוב בין טכנולוגית ה SLA לבין שיטת דימות שכולנו מכירים מבתי החולים, הלא היא הטומוגרפיה הממוחשבת, או סריקת CT. במאמרם, לקחו החוקרים מיכל שקוף מלא בפוטופולימר נוזלי, והקרינו על המיכל שתי תמונות דו-מימדיות בשתי זוויות שונות. המערכת מכוילת כך שלכל תמונה בנפרד אין מספיק אנרגיה כדי להתחיל את תהליך הפילמור, אך בנקודות המפגש בין שתי קרני האור, יש מספיק אנרגיה כדי להפוך את הפוטופולימר הנוזלי למוצק. על ידי סיבוב המיכל והקרנה של תמונות שונות לכל זוויות סיבוב מתאימה, הצליחו החוקרים לייצר חתכים רבים של המבנה התלת מימדי (בדומה לסריקת CT) כאשר כל חתך מעביר מספיק אנרגיה רק לנקודות שהחוקרים בחרו. התוצאה – תהליך פולימריזציה שקורה בו זמנית בכל הנקודות שמרכיבות את המודל התלת-מימדי. אתם מוזמנים לראות סרטון הדגמה בקישורים [4].
פרט לכך שזה נראה ממש מגניב, לשיטה החדשה יתרונות רבים על שיטות הדפסת תלת-מימד אחרות, והיא משפרת או פותרת לחלוטין את החסרונות של השיטה השכבתית שהזכרנו קודם. יתר על כן, השיטה החדשה מאפשרת לעבוד עם פוטופולימרים נוזליים בעלי צמיגות מאוד גבוה, דבר שלא מתאפשר בשיטות השכבתיות, ובכך מרחיבה את טווח החומרים האפשריים להדפסה. בנוסף, על ידי שיטה זאת ניתן להדפיס מבנים תלת-מימדיים מסביב למבנים קיימים, כמו למשל להדפיס ידית של מברג ישירות על המברג עצמו.
אומנם, אנחנו עדיין לא יכולים להדפיס סנדוויץ' פסטרמה במדפסת הביתית, אך עם ההתפתחויות האחרונות בתחום הדפסות התלת-מימד והדפסות האוכל למיניהן [5], לא נותר ספק שטכנולוגיה זו הולכת להיות בעלת חשיבות עצומה באין ספור תחומי יצור וצריכה עתידיים. מי יודע, אולי יום אחד נשלח לילדים את ארוחת הצהריים במייל, כדי שהם ידפיסו אותה בבית הספר.