به نقل از «ایمنا»

چاپ ۳ بعدی اشیای پیچیده با استفاده از یک ماده ناشناخته!

تاریخ انتشار: ۲۲ فروردین ۱۴۰۳ | کد خبر: ۴۰۱۰۰۸۱۴

چاپ‌گر سه‌بعدی ابداع‌شده در دانشگاه «ام‌آی‌تی» می‌تواند به پایدارتر کردن روش چاپ سه‌بعدی کمک کند و امکان چاپ با مواد تجدیدپذیر یا بازیافتی را فراهم آورد که تاکنون ناشناخته مانده‌اند.

به گزارش خبرگزاری ایمنا، چاپ سه‌بعدی یک روش محبوب برای بسیاری از فعالان حوزه‌های علم و فناوری است؛ اگرچه چاپ سه‌بعدی در حال حاضر محبوبیت زیادی پیدا کرده است اما بسیاری از مواد پلاستیکی را که این چاپگرها برای ایجاد اشیا استفاده می‌کنند، نمی‌توان به راحتی بازیافت کرد.

بیشتر بخوانید: اخباری که در وبسایت منتشر نمی‌شوند!

مواد جدید پایدار برای چاپ سه‌بعدی در حال ظهور هستند اما استفاده از آنها دشوار است زیرا تنظیمات چاپگر سه‌بعدی باید برای هر ماده تنظیم شود و این فرآیند عموماً با دست انجام می‌گیرد. برای چاپ یک ماده جدید از ابتدا، معمولاً باید تا ۱۰۰ پارامتر در یک نرم‌افزار تنظیم شوند که نحوه قالب زدن مواد را هنگام ساخت یک شیء توسط چاپگر کنترل می‌کند. موادی مانند پلیمرهای تولید انبوه که معمولاً مورد استفاده قرار می‌گیرند، مجموعه‌ای از پارامترها را ایجاد کرده‌اند که از طریق فرآیندهای خسته‌کننده و آزمون و خطا تکمیل شده‌اند.

ویژگی‌های مواد تجدیدپذیر و قابل بازیافت بر اساس ترکیب آنها می‌تواند به طور گسترده در نوسان باشد، بنابراین، ایجاد یک مجموعه از پارامترهای ثابت تقریباً غیرممکن است. در این حالت، کاربران باید همه پارامترها را به صورت دستی ارائه کنند.

پژوهشگران دانشگاه «ام‌آی‌تی»(MIT) با توسعه یک چاپ‌گر سه‌بعدی که می‌تواند پارامترهای یک ماده ناشناخته را به طور خودکار شناسایی کند، این مشکل را حل کرده‌اند. گروهی از پژوهشگران «مرکز بیت‌ها و اتم‌ها»(CBA) در دانشگاه ام‌آی‌تی با همکاری «مؤسسه ملی استاندارد و فناوری آمریکا»(NIST) و «مرکز ملی پژوهش‌های علمی یونان»(Demokritos)، قالب زدن را که مانند قلب یک چاپگر سه‌بعدی است، اصلاح کردند تا بتواند نیروها و جریان یک ماده را اندازه‌گیری کند.

این داده‌ها که از طریق یک آزمایش ۲۰ دقیقه‌ای جمع‌آوری می‌شوند، به یک تابع ریاضی راه می‌یابند که برای تولید خودکار پارامترهای چاپ مورد استفاده قرار می‌گیرد. این پارامترها را می‌توان در نرم‌افزار چاپ سه‌بعدی وارد کرد و برای چاپ با موادی که قبلاً دیده نشده‌اند، مورد استفاده قرار داد.

پارامترهای تولید شده به طور خودکار می‌توانند جایگزین حدود نیمی از پارامترهایی شوند که تنظیم آنها معمولاً باید با دست انجام بگیرد. پژوهشگران در یک مجموعه از چاپ‌های آزمایشی با مواد منحصربه‌فرد از جمله چندین ماده تجدیدپذیر نشان دادند که روش آنها می‌تواند به طور مداوم پارامترهای قابل دوام را تولید کند.

این پژوهش می‌تواند به کاهش اثرات زیست‌محیطی تولید مواد افزودنی کمک کند که معمولاً بر پلیمرهای غیر قابل بازیافت و رزین‌های به دست آمده از سوخت‌های فسیلی متکی است. «نیل گرشنفلد»(Neil Gershenfeld) مدیر مرکز بیت‌ها و اتم‌ها و پژوهشگر ارشد این پروژه گفت: ما در این پژوهش، روشی را نشان داده‌ایم که می‌تواند همه بیومواد جالب ساخته‌شده از منابع مختلف پایدار را استفاده کند و نشان دهد که چاپگر می‌تواند به تنهایی نحوه چاپ کردن مواد را بیابد. هدف این است که چاپ سه‌بعدی پایدارتر شود.

تغییر دادن ویژگی‌های مواد در فرآیند «ساخت فیلامان ذوبی»(FFF) که اغلب در نمونه‌سازی سریع استفاده می‌شود، پلیمرهای مذاب از طریق یک نازل گرم‌شده لایه‌به‌لایه بیرون می‌آیند تا یک شیء را بسازند. نرم‌افزار موسوم به «اسلایسر»(slicer)، دستورالعمل‌هایی را به دستگاه ارائه می‌دهد اما اسلایسر باید طوری پیکربندی شود که با یک ماده خاص کار کند.

استفاده کردن از مواد تجدیدپذیر یا بازیافتی در یک چاپ‌گر سه‌بعدی FFF به ویژه چالش‌برانگیز است زیرا متغیرهای زیادی وجود دارند که بر خواص مواد تأثیر می‌گذارند. به عنوان مثال، یک پلیمر یا رزین زیستی ممکن است از ترکیبات گوناگون گیاهان فصلی تشکیل شده باشد. خواص مواد بازیافتی نیز براساس آنچه برای بازیافت در دسترس قرار دارد، بسیار متفاوت است.

پژوهشگران ام‌آی‌تی برای غلبه بر این چالش‌ها، یک چاپ‌گر سه‌بعدی با گردش کار جدید ابداع کردند تا پارامترهای فرآیند قابل اجرا را برای هر ماده ناشناخته به طور خودکار شناسایی کند. آنها کار خود را با چاپ‌گر سه‌بعدی که آزمایشگاه آنها پیشتر ساخته بود، آغاز کردند که می‌توانست داده‌ها را ثبت کند و بازخوردها را هنگام کار ارائه دهد.

پژوهشگران سه نوع تجهیزات را به بخش قالب‌ریزی دستگاه اضافه کردند تا اندازه‌گیری‌های مورد استفاده را برای محاسبه پارامترها انجام دهند. استخراج داده‌ها هنگامی که تجهیزات جدید در جای خود قرار گرفتند، پژوهشگران یک آزمایش ۲۰ دقیقه‌ای انجام دادند که یک مجموعه خوانش دما و فشار را با جریان‌های متفاوت ایجاد می‌کند. این آزمایش شامل تنظیم نازل چاپ در گرم‌ترین دمای آن، به جریان درآوردن مواد با سرعت ثابت و سپس خاموش کردن سیستم حرارتی است.

«جیک رید»(Jake Read) پژوهشگر ارشد این پروژه گفت: فهمیدن اینکه چگونه می‌توان آن آزمایش را انجام داد، واقعاً دشوار بود. این داده‌ها به تابعی وارد می‌شوند که پارامترهای واقعی را به طور خودکار برای پیکربندی مواد و دستگاه، براساس ورودی‌های دما و فشار نسبی ایجاد می‌کند. سپس، کاربر می‌تواند آن پارامترها را در نرم‌افزار چاپ سه‌بعدی وارد کند و دستورالعمل‌هایی را برای چاپگر به وجود بیاورد.

در آزمایش‌های صورت‌گرفته با شش ماده متفاوت که تعدادی از آنها زیست‌محور بودند، این روش به طور خودکار پارامترهای قابل قبولی را ایجاد کرد و پارامترها به طور مداوم توانستند به چاپ موفق یک شیء پیچیده بپردازند.

پژوهشگران قصد دارند در مراحل بعد، این فرآیند را با نرم‌افزار چاپ سه‌بعدی ادغام کنند تا نیازی به وارد کردن دستی پارامترها وجود نداشته باشد. علاوه بر این، پژوهشگران می‌خواهند گردش کار خود را با ترکیب کردن یک مدل ترمودینامیکی افزایش دهند که بخشی از چاپگر است و رشته‌های مواد را ذوب می‌کند. این پژوهش در مجله «IMMI» به چاپ رسید.

منبع: ایسنا

کد خبر 743429

منبع: ایمنا

کلیدواژه: چاپ 3 بعدی چاپگر سه بعدی علم و فناوری فناوری های نوین شهر شهروند کلانشهر مدیریت شهری کلانشهرهای جهان حقوق شهروندی نشاط اجتماعی فرهنگ شهروندی توسعه پایدار حکمرانی خوب اداره ارزان شهر شهرداری شهر خلاق طور خودکار مورد استفاده چاپ سه بعدی نرم افزار برای چاپ ام آی تی یک ماده داده ها یک چاپ

درخواست حذف خبر:

«خبربان» یک خبرخوان هوشمند و خودکار است و این خبر را به‌طور اتوماتیک از وبسایت www.imna.ir دریافت کرده‌است، لذا منبع این خبر، وبسایت «ایمنا» بوده و سایت «خبربان» مسئولیتی در قبال محتوای آن ندارد. چنانچه درخواست حذف این خبر را دارید، کد ۴۰۱۰۰۸۱۴ را به همراه موضوع به شماره ۱۰۰۰۱۵۷۰ پیامک فرمایید. لطفاً در صورتی‌که در مورد این خبر، نظر یا سئوالی دارید، با منبع خبر (اینجا) ارتباط برقرار نمایید.

با استناد به ماده ۷۴ قانون تجارت الکترونیک مصوب ۱۳۸۲/۱۰/۱۷ مجلس شورای اسلامی و با عنایت به اینکه سایت «خبربان» مصداق بستر مبادلات الکترونیکی متنی، صوتی و تصویر است، مسئولیت نقض حقوق تصریح شده مولفان در قانون فوق از قبیل تکثیر، اجرا و توزیع و یا هر گونه محتوی خلاف قوانین کشور ایران بر عهده منبع خبر و کاربران است.

خبر بعدی:

برای نابودی ویروس‌ها پنجره را باز کنید

پژوهشگران می‌گویند سطوح بالاتر کربن دی اکسید (CO۲) به این معنی است که ویروس‌ها طول عمر بیشتری خواهند داشت و افراد بیشتری را آلوده می‌کنند، بنابراین باز کردن پنجره می‌تواند یک راه موثر برای کم کردن ویروس‌های معلق در هوا باشد.

کربن دی اکسید یک عمل کلیدی برای بیشتر زنده ماندن ویروس‌های معلق در هوا و در نتیجه احتمال انتشار بیشتر آنهاست؛ بنابراین باز کردن پنجره می‌تواند یک راه علمی برای جلوگیری از انتشار ویروس‌های تنفسی نسبت به آنچه که در ابتدا پیش‌بینی شده بود، باشد.

به نقل از ان‌ای، با ظهور کووید-۱۹، جهان یاد گرفت که بودن در فضای نزدیک با فرد یا افراد دیگر چگونه می‌تواند خطر ابتلا به این ویروس را افزایش دهد.

اکنون تحقیقات جدید به رهبری پژوهشگران دانشگاه بریستول در بریتانیا یک پاسخی به این پرسش داده است که چگونه و چرا ویروس‌های تنفسی موجود در هوا برای مدت طولانی‌تری در فضا‌های بسته باقی می‌مانند. آنها می‌گویند پای کربن دی اکسید در میان است.

آلن هادرل، سرپرست و نویسنده ارشد این مطالعه و محقق ارشد علوم هواپخش در دانشکده شیمی دانشگاه بریستول می‌گوید: ما می‌دانستیم که ویروس عامل کووید-۱۹ موسوم به SARS-CoV-۲ مانند سایر ویروس‌ها، از طریق هوایی که تنفس می‌کنیم، پخش می‌شود، اما این مطالعه نشان‌دهنده پیشرفت بزرگی در درک ما از این است که دقیقاً چگونه و چرا این اتفاق می‌افتد و مهم‌تر اینکه چه کاری می‌توان برای متوقف کردن آن انجام داد.

کربن دی اکسید (CO۲) یک شاخص خوب برای سنجش تهویه در یک فضای داخلی است. تعداد افراد در یک اتاق بر غلظت CO۲ تأثیر می‌گذارد و از آنجایی که هم کربن دی اکسید و هم ویروس‌های تنفسی دیگر در هوای بازدمی وجود دارند، منطقی است که از غلظت CO۲ به عنوان شاخصی برای خطر انتقال ویروس استفاده شود.

در اینجا ما باید کمی عمیق‌تر به بررسی تنفس بپردازیم. PH بالای (قلیایی) بازدم ناشی از ترشحات تنفسی است که از آن منشاء می‌گیرد. به عنوان مثال، بزاق و مایع ریه حاوی سطوح بالایی از بی‌کربنات قلیایی هستند. pH قطرات خارج شده در تنفس با تبخیر بی‌کربنات به گاز CO۲ تغییر می‌کند، اما تحت تأثیر عواملی مانند رطوبت نسبی، اندازه قطرات و غلظت CO۲ در محیط قرار می‌گیرد.

از آنجایی که تصور می‌شود PH محرک عفونت‌پذیری ویروس‌های معلق در هوا باشد، پژوهشگران بررسی می‌کنند که آیا غلظت CO۲ محیط بر پایداری ویروس‌های موجود در هوا (هوا پایداری) و خطر انتقال آنها تأثیر می‌گذارد یا خیر.

در شرایط همه‌گیری کووید-۱۹ از مانیتور‌های سنجش CO۲ برای تخمین تهویه ساختمان استفاده شد. هوای معمولی خارج از منزل حاوی حدود ۴۰۰ قسمت در میلیون (ppm) کربن دی اکسید است. در فضا‌های داخلی معمولی و دارای تهویه مناسب، غلظت بین ۴۰۰ تا ۱۰۰۰ ppm است. در فضا‌های دارای تهویه ضعیف، غلظت CO۲ می‌تواند از ۲۰۰۰ ppm بیشتر شود و در محیط‌های شلوغ‌تر از ۵۰۰۰ ppm بالاتر رود.

پژوهشگران با تغییر غلظت CO۲ در هوا بین ۴۰۰ ppm و ۶۵۰۰ ppm، ارتباط بین غلظت CO۲ و مدت زمانی که ویروس‌های موجود در هوا عفونی می‌مانند را تأیید کردند.

در مقایسه با CO۲ معمولی جو که حدود ۵۰۰ ppm است، افزایش متوسط در CO۲ از ۴۰۰ ppm به ۸۰۰ ppm در محدوده یک اتاق با تهویه خوب منجر به افزایش قابل توجهی در هواپایداری ویروس برای همه سویه‌های ویروس SARS-CoV-۲ از جمله دلتا، بتا و اومیکرون پس از دو دقیقه شد. ضمن اینکه تفاوتی در میزان عفونت و سرایت‌پذیری بین ۸۰۰ و ۶۵۰۰ ppm مشاهده نشد.

افزایش غلظت CO۲ عمیقاً بر سرایت‌پذیری SARS-CoV-۲ در طول زمان تأثیر گذاشت. در مقایسه با هوای معمولی، زمانی که غلظت کربن دی اکسید ۳۰۰۰ ppm بود (مشابه غلظت یک اتاق شلوغ) ویروس‌ها پس از ۴۰ دقیقه تقریباً ۱۰ برابر بیشتر عفونی باقی ماندند.

هادرل می‌گوید: این رابطه روشن می‌کند که چرا رویداد‌های اَبَرپخش‌کننده ممکن است تحت شرایط خاصی رخ دهند. PH بالای قطرات بازدمی حاوی ویروس SARS-CoV-۲ احتمالاً عامل اصلی عفونت است. CO۲ هنگامی که با قطرات برهمکنش می‌کند مانند یک اسید عمل می‌کند. این باعث می‌شود که pH قطرات کمتر قلیایی شود و در نتیجه ویروس درون آنها با سرعت کمتری غیرفعال شود.

خوشبختانه توصیه پژوهشگران برای کاهش عفونت ویروسی یک توصیه ساده است.

هادرل می‌گوید: به همین دلیل است که باز کردن یک پنجره یک استراتژی کاهش موثر است، زیرا هم از نظر فیزیکی ویروس را از اتاق خارج می‌کند و هم باعث می‌شود قطرات هواپخش برای ویروس سمی‌تر شوند.

با توجه به تمرکز جهانی بر کاهش CO۲ جو که دانشمندان اقلیم پیش‌بینی می‌کنند در دهه‌های آینده به بیش از ۵۵۰ ppm افزایش یابد، پژوهشگران می‌گویند یافته‌های آنها پیامد‌های گسترده‌تری دارد.

هادرل می‌گوید: بنابراین، این یافته‌ها پیامد‌های گسترده‌تری نه تنها در درک ما از انتقال ویروس‌های تنفسی، بلکه اینکه چگونه تغییرات در محیط ما ممکن است احتمال همه‌گیری‌های آینده را تشدید کند، دارد.

وی افزود: داده‌های مطالعه ما نشان می‌دهد که افزایش سطح CO۲ در جو می‌تواند با افزایش قابلیت انتقال سایر ویروس‌های تنفسی از طریق افزایش مدت زمانی که آنها در هوا عفونی می‌مانند، همزمان باشد.

این مطالعه در مجله Nature Communications منتشر شده است.

باشگاه خبرنگاران جوان علمی پزشکی کلينيک