با چاپگر سه‌بعدی چهره خود را تغییر دهید!

چاپ سه‌بعدی در چند سال گذشته توجه بسیاری را به خود جلب کرده است. امکان تولید سریع وسایل و قطعات پیچیده و بادوام باعث شده صنایع گوناگونی به این فناوری توجه کنند. در آغاز کار ماده اولیه چاپگرهای سه‌بعدی انواع پلیمر بود. اما امروزه چاپگرهایی وجود دارند که قطعات آلومینیومی و تیتانیومی چاپ می‌کنند. شرکت‌هایی نیز وجود دارند که به دنبال استفاده از چاپ سه‌بعدی برای تولید بافت‌های زنده هستند. در این مقاله می‌خواهیم پنج کاربرد محصورکننده از چاپ سه‌بعدی را بیان کنیم. با ما همراه باشید.

۱ - چاپ سه‌بعد‌ی خودرو

اربی (Urbee) اولین خودروی است که بدنه آن کاملا با چاپ سه‌بعدی تولید و در سال ۲۰۱۳ معرفی شد. احتمالا سازندگان این خودرو دوست داشتند کل این ماشین را با چاپ سه‌بعدی بسازند. اما برای این کار، هنوز کمی زود بود. امروزه علاوه بر اربی، شرکت‌هایی دیگری نظیر ای‌داگ (EDAG) هم بدنه و زیر‌بدنه (sub-frame) محصولات خود را چاپ می‌کنند. چنین کاری باعث می‌شود، قطعات تا جای ممکن یکپارچه تولید شوند و تعداد نقاط جوشکاری کاهش یابند. درنتیجه استحکام قطعات و مدت‌زمان تولید و سرهم‌بندی آن‌ها کاهش می‌یابند. اما اربی تازه آغاز کار بود.

صنعت خودروسازی بی‌صبرانه منتظر فناوری‌های نوین است.

شرکت دایلمر-بنز (daimler benz)، مالک خودروسازی مرسدس بنز، از آگوست سال ۲۰۱۷، به دنبال کاهش هزینه تامین قطعات یدکی خودروهای قدیمی خود، چاپ سه‌بعدی این قطعات را آغاز کرده است. در این فناوری، چاپگر سه‌بعدی، پودر آلومینیوم را با استفاده از لیزر ذوب می‌کند و قطعه را لایه به لایه شکل می‌دهد. مرسدس بنز پیش‌ازاین نیز از چاپ سه‌بعدی برای شخصی‌سازی محصولات خود استفاده می‌کرد. اما حرکت به سمت تولید قطعات فلزی از طریق چاپ سه‌بعدی گام مهمی برای این شرکت است. زیرا با این کار هم قیمت و هم، ‌زمان تولید قطعات کاهش می‌یابند.

شرکت سوئدی کوینیگسگ (KOENIGSEGG) که ماشین‌های سوپر اسپورت می‌سازد نیز قطعات تیتانیومی خودروهایش را با پرینت سه‌بعدی تولید می‌کند. با این کار شاید بتوان قطعات موتور را نیز با چاپگر سه‌بعدی تولید کرد.

۲ - چاپ سه‌بعدی اندام مصنوعی

یکی از پرهزینه‌های تجهیزاتی که در پزشکی استفاده می‌شود، اندام‌های مصنوعی هستند. این اندام‌ها در برخی مواقع صرفا برای حفظ شکل ظاهری و گاهی به‌عنوان جایگزین عضو ازدست‌رفته بیمار بکار می‌روند.

برای مثال دست اندامی پیچیده است. نبود فناوری لازم و یا گران بودن ساخت یک دست مصنوعی کارا ، باعث می‌شود بیشتر بیماران صرفا برای بازگرداندن شکل ظاهری دست خود، از یک دست مصنوعی بدون حرکت استفاده کنند. در مورد اندام‌هایی که می‌توانند تا حدی مشکل بیماران را رفع کنند، مانند پای مصنوعی، همین گران بودن باعث می‌شود، اندام تولیدشده تناسب دقیقی با بدن بیمار نداشته و عملکردش ضعیف باشد.

اما فناوری چاپ سه‌بعدی به‌قدری ارزان است که با استفاده از کمی ماده اولیه باکیفیت، می‌توان با اسکن دقیق بدن بیمار که امروزه با یک گوشی هوشمند نیز امکان‌پذیر است، اندام مصنوعی مناسب او را در چند ساعت تهیه کرد. چنین اندام‌هایی، ارزان و سبک هستند. از سویی به دلیل همین کاهش هزینه، می‌توان فناوری‌های بیشتری در ساخت آن‌ها به کار برد. چنین فناوری‌هایی می‌توانند با اضافه کردن قطعات مکانیکی و برخی حسگرهای الکترونیکی، اندام‌های مصنوعی را بیش‌ازپیش شبیه اندام واقعی کنند. مثلا می‌توان با ساخت یک دست الکترومکانیکی و دریافت سینگال‌های مغزی از طریق حسگرهایی که در کلاه بیمار یا بازوی وی قرار می‌گیرند، دست کارآمدی ساخت که به دستورات بیمار عمل می‌کند و می‌تواند در زندگی روزمره وی به کار‌ آید.

۳ - چاپ سه‌بعدی اندام‌های طبیعی

به نظر زیادی آینده‌نگرانه می‌آید. نه؟ شرکتی با نام ارگانوو (Organovo) باهدف چاپ سه‌بعدی اندام‌های طبیعی در سال ۲۰۰۷ تاسیس شده است. این کاربرد چاپ سه‌بعدی، شاید یکی از مهم‌ترین دستاوردهای فناوری در قرن ۲۱ باشد. ازاین‌روی بگذارید قضیه را بیشتر بازکنیم.

اندام‌های طبیعی را چگونه چاپ می‌کنند؟

پیش‌ازاین گفتیم که چاپ سه‌بعدی یک روش تولید تجمیعی (Additive Manufacturing) است. در چاپ سه‌بعدی قطعه‌ای که قرار است چاپ شود، به‌صورت لایه‌لایه درمی‌آید. سپس چاپگر هرکدام از این لایه‌ها را یک‌به‌یک روی یکدیگر با استفاده ماده اولیه چاپ می‌کند. در فرآیند چاپ نیز هر لایه به لایه پایینی متصل و درنهایت قطعه کامل می‌شود.

اما برای چاپ اندام‌های طبیعی، به‌جای مواد اولیه‌ای مثل پلاستیک و پودر آلومینیوم، از سلول زنده استفاده می‌کنیم!

شرکت ارگانوو قصد دارد از سلول‌های زنده‌ای که از بدن بیمار به دست می‌آیند، برای چاپ سه‌بعدی اندام‌های وی مثل قلب، کبد و کلیه استفاده کند. چون سلول‌های طبیعی مانند پلاستیک استحکام کافی ندارند و نمی‌توانند خود را در حین چاپ سرپا نگاه‌دارند، همراه با هر لایه از سلول‌هایی که چاپ می‌شوند، یک‌لایه ژلاتینی نیز قرار می‌گیرد. وظیفه این لایه تغذیه سلول‌های زنده و ایجاد چهارچوبی برای پایداری سلول‌های چاپ‌شده است.

پژوهشگران بر روی چاپ بافت‌های زنده کار می‌کنند.

در فرآیند چاپ، هر سلول به سلول کناری و زیرین خود می‌چسبد. وقتی این سلول‌ها به هم چسبیدند و اندام مصنوعی را شکل دادند، لایه ژلاتینی از بین می‌رود و اندام برای پیوند به بدن بیمار آماده است.

چون این اندام‌ها با استفاده سلول‌های بدن خود فرد تهیه‌شده‌اند، احتمال پس‌زنی پیوند بسیار کم است. همچنین با این کار صف‌های انتظار برای پیوند اعضا از بین می‌روند. نکته جالب دیگر این است که با چاپ اندام طبیعی، به‌جای اینکه یک عضو کارکرده از فرد دیگری را پیوند بزنیم، عضو جوانی که دقیقا بر پایه اندام خود فرد تولیدشده، پیوند می‌خورد. درنتیجه کارایی آن از عضو سالم یک فرد دیگر بیشتر خواهد بود.

چاپ روی بدن

با توسعه چاپ سه‌بعدی اندام‌های زنده، می‌توان چاپگرهایی تولید که روی محل آسیب‌دیده نصب شوند و سلول‌های زنده را روی آسیب‌دیدگی و متناسب با شکل بافت اسپری کنند. با این کار می‌توان سرعت ترمیم را افزایش داد. مثلا اگر فردی استخوان پایش شکسته یا آسیب‌دیده باشد، می‌توان به‌جای استفاده از تثبیت‌کننده‌های پلاتینی که روی استخوان پیچ می‌شوند، یک چاپگر سه‌بعدی روی زخم نصب کنیم. چاپگر شکل استخوان را اسکن می‌کند و پس‌ازآن سلول‌های مناسب که می‌توانند به سلول‌های استخوانی بدل شوند را روی محل آسیب‌دیدگی یا شکستگی به‌دقت چاپ کند. با این کار شکستگی به‌سرعت ترمیم می‌شود.

تعمیر به‌جای تعویض

در ادامه همین روند، می‌توان چاپگر‌های سه‌بعدی متشکل از دو لوله نازک را ساخت که می‌توانند به‌واسطه سوراخ‌های کوچکی رو پوست، به اندام‌های داخلی بدن دسترسی داشته باشند. این چاپگرها می‌توانند بخش‌های آسیب‌دیده هر عضو را به‌دقت بررسی، بخش‌های ناسالم و ازکارافتاده را تشخیص داده و آن‌ها را تخریب کنند. پس‌ازآن، این ابزار می‌تواند سلول‌های سالمی که با دی‌ان‌ای (DNA) خود فرد درست‌شده‌اند را روی بخش‌های آسیب‌دیده چاپ کند.

برای مثال اگر کسی مشکل نارسایی کلیه دارد و بخش‌هایی از این کلیه‌هایش آسیب‌دیده‌اند، می‌توان از طریق دو سوراخ روی شکم، به کلیه دسترسی یافت. سپس بافت ناسالم را برداشت و سلول‌های زنده و سالم را جایگزین بافت ناسالم کرده و عضو آسیب‌دیده را تعمیر کنیم.

جراحی‌های زیبایی

توسعه چاپ سه‌بعدی سلول زنده می‌تواند به‌جایی برسد که حتی بتوان چهره فرد را کاملا جایگزین کرد. مثلا می‌توان چاپگری ساخت که روی سر فرد نصب شود و صورت او را چاپ کند. این فرآیند نیز همانند بخش قبلی که در آن بافت را تعمیر می‌کردیم، کار می‌کند.

اما در این حالت به‌جای بافت ناسالم، بافت سالم صورت را کاملا برمی‌داریم و سپس چهره‌ای را که فرد می‌خواهد، به‌جای چهره قبلی وی چاپ می‌کنیم. شاید روزی برسد که انسان‌ها بتوانند چهره موردعلاقه خود را از اینترنت دانلود کنند و پس از چند ساعت دراز کشیدن رو تخت کلینیک، با چهره جدید خارج شوند.

۴ - کارهای هنری

هنرمندانی که با اشکال سه‌بعدی و تجسمی کار می‌کنند، تصور فضایی قدرتمندی دارند. ممکن است این هنرمندان اجسامی را متصور شوند که عملا نتوان با روش‌های معمول آن‌ها را تولید کرد. اما چاپ سه‌بعدی این امکان را فراهم می‌کند که بتوان کارهایی هنری و تجسمی بسیار پیچیده و درهم‌تنیده را ساخت. پیشرفت سیستم‌های چاپ سه‌بعدی، بهبود مواد اولیه چاپ و تولید چاپگرهای فلزات، باعث شده چاپ سه‌بعدی نزد هنرمندان تجسمی به ابزاری هیجان‌انگیز بدل شود.

ساختن یک ساز خوب کار دشواری است. اما اسکن کردن و پرینت آن خیر.

اما این کارها صرفا در حوزه هنرهای تجسمی باقی نمانده است. به دلیل همین توانایی و امکان استفاده از مواد سبک و بادوام، طراحان مد و فشن هم سراغ استفاده از چاپگرهای سه‌بعدی برای تولید مدل‌های جدید لباس و پوشاک رفته‌اند. شرکت شنل (Chanel) و طراح لباس کارل لاگرفلد (Carl Lagerfeld)، از این فناوری برای تولید لباس‌های عجیب‌وغریبی که بیشتر شبیه لباس‌های موجودات فضایی است، استفاده می‌کنند. مزیت چنین لباس‌هایی این است که حتما لازم نیست آن‌ها را بخرید. بلکه ممکن است چند سال بعد این لباس‌ها را با چاپگر خانگی خود چاپ کنید و برای مهمانی‌های عید بپوشید.

۵ - صنعت هوافضا

یکی از مشکلات مهم صنایع هواپیمایی، مصرف سوخت زیاد هواپیما‌ها است. ازاین‌روی شرکت‌های سازنده هواپیما، همواره تلاش کرده‌اند هواپیماها را سبک‌تر و تعداد صندلی‌های مسافران را بیشتر کنند تا بتوانند هزینه‌ها را پایین بیاورند.

شرکت‌های هوافضا مدت‌ها است روی چاپ سه‌بعدی سرمایه‌گذاری می‌کنند. مثلا شرکت ایرباس (Airbus) وقتی متوجه شد برخی از قطعات پلیمری تولیدشده در چاپگرهای سه‌بعدی، استحکام و دوامشان به‌اندازه قطعات فلزی است، این قطعات پلیمری را جایگزین قطعات فلزی کرد. شرکت ایرباس برای اولین بار از این قطعات پلیمری در مدل A350 استفاده کرد.

پیشرفت‌های بعدی در این حوزه باعث شدند که نه‌تنها قطعات پلیمری، بلکه بتوان قطعات تیتانیومی را هم با چاپگر سه‌بعدی تولید کرد. برای ساخت هواپیما‌ ایرباس A350 XWB و بوئینگ 787، در حال حاضر از قطعات تیتانیومی تولیدشده با چاپگرهای سه‌بعدی استفاده می‌شود.

تولید قطعات تیتانیومی با چاپگر سه‌بعدی این امکان را فراهم می‌آورند تا بتوان قطعات یدکی مدل‌های قدیمی را که دیگر تولید نمی‌شوند، نیز با قیمت کمی تولید کرد. با این کار شرکت‌های هواپیمایی به‌جای اینکه یک واحد بزرگ ریخته‌گری و تراش‌کاری برای تولید این قطعات بسازند، صرفا یک واحد چاپ سه‌بعدی کوچک ایجاد کرده و اگر قطعه‌ای لازم باشد، آن‌ را با استفاده از طرح‌های کامپیوتری موجود چاپ کنند. در صورت نبودن چنین طرح قطعه موردنظر، آن‌ها می‌توانند این قطعات را در کامپیوتر بازطراحی کرده و چاپ کنند و کل این فرآیند شاید حدود یک روز طول بکشد.