با همکاری شرکت گلاسمر (Glassomer GmbH)، دانشگاه کالیفرنیا و دانشگاه فرایبورگ، پژوهشگران فرآیند چاپ سه‌بعدی جدیدی ارائه کردند که با استفاده از آن می‌توان اجزای کوچک و پیچیده از جنس شیشه را تنها در چند دقیقه تولید کرد.
چاپ سه‌بعدی اجزای کوچک و پیچیده از جنس شیشه و پلاستیک
شیشه به دلیل شفافیت فوق‌العاده و همچنین پایداری آن در تماس با گرما یا مواد شیمیایی، برای بسیاری از کاربردهای با فناوری بالا قابل استفاده است. با این حال، فرآیندهای مرسوم برای شکل دادن به شیشه اغلب خسته‌کننده، انرژی‌بر هستند و به سرعت به محدودیت‌های خود برای اجزای کوچک و پیچیده می‌رسند.
فردریک کوتز-هلمر و پروفسور باستیان ای راپ، با همکاری محققانی از دانشگاه کالیفرنیا در برکلی، فرآیند جدیدی را توسعه داده‌اند که می‌تواند برای تولید اجزای بسیار کوچک از جنس شیشه شفاف استفاده شود. این کار سریع و دقیق با استفاده از چاپ سه‌بعدی میکرومقیاس انجام می‌شود.
کاربردهای احتمالی این فناوری در تولید اجزایی برای حسگرها و میکروسکوپ‌ها و همچنین برای سیستم‌های آزمایشگاه روی تراشه است. نتایج این پروژه در قالب مقاله‌ای در مجله Science به چاپ رسیده است.
این فناوری جدید بر اساس مواد موسوم به گلاسومر (Glassomer) تولید می‌شوند که فردریک کوتز-هلمر و پروفسور باستیان ای راپ در دپارتمان مهندسی میکروسیستم (IMTEK) در دانشگاه فرایبورگ توسعه دادند. کوتز هلمر می‌گوید: «مواد گلاسومر از پودر شیشه در یک چسب پلاستیکی ویژه تشکیل شده‌اند که امکان پردازش شیشه را مانند پلاستیک می‌دهد.»
سپس اجزای حاصل در یک کوره قرار می‌گیرند که باعث سوختن پلاستیک و زینتر شدن شیشه یعنی متراکم شدن آن می‌شود. کوتز هلمر می‌گوید: «در پایان، اجزای سازنده شامل صددرصد شیشه‌های سیلیکا ذوب شده بسیار شفاف هستند.»
دانشمندان فرایبورگ اکنون مواد گلاسومر را با فرآیند چاپ سه‌بعدی جدید که توسط یک تیم تحقیقاتی به رهبری پروفسور دکتر هیدن تیلور از دانشگاه کالیفرنیا، برکلی توسعه یافته است، ترکیب کرده‌اند.
چاپگرهای سه‌بعدی معمولی محصول خود را لایه به لایه چاپ می‌کنند. با این حال، در فرآیند جدید که لیتوگرافی محوری محاسباتی (CAL) نام دارد، اجزاء در یک مرحله ایجاد می‌شود. ظرفی حاوی مواد مایع و حساس به نور در معرض تصاویر نوری دو بعدی از جسم قرار می گیرد تا از زوایای مختلف چاپ شود. در جایی که تصاویر با هم همپوشانی دارند و مقدار نور جذب شده به طور محلی از آستانه خاصی فراتر می رود، ماده به طور ناگهانی سخت می‌شود و در عرض چند دقیقه محصول تشکیل می شود.
کوتز هلمر می گوید: «در اصل، این فرآیند با مواد گلاسومر نیز کار می کند. برای این منظور، دانشمندان فرایبورگ ماده‌ای ساخته شده از پودر شیشه و پلاستیک ساخته اند که هم بسیار شفاف است و هم به سرعت در یک مقدار آستانه مناسب سخت می شود.»
پیش از این، فرآیند CAL فقط برای ساختارهای نسبتاً درشت مناسب بود. با ترکیب تخصص علم مواد در دانشگاه فرایبورگ و تجربه شریک صنعتی این پروژه یعنی شرکت گلاسمر که از دانشگاه فرایبورگ منشعب شده، و همچنین توسعه بیشتر این فناوری در دانشگاه کالیفرنیا، اکنون امکان ترکیب و بهبود این موارد وجود دارد.
کوتز هلمر می گوید: «برای اولین بار، ما توانستیم شیشه‌ای با ساختارهایی در محدوده ۵۰ میکرومتر را تنها در چند دقیقه چاپ کنیم که تقریباً با ضخامت یک مو مطابقت دارد. علاوه بر این، سطوح قطعات نسبت به فرآیندهای چاپ سه‌بعدی معمولی صاف‌تر است.»
کوتز هلمر کاربردهای احتمالی را برای فرآیند تولید نوآورانه می بیند، به عنوان مثال، در اجزای میکرواپتیکی حسگرها، هدست های واقعیت مجازی و میکروسکوپ های مدرن امکان استفاده از این فناوری وجود دارد.
کوتز هلمر می‌گوید که به لطف فناوری فرآیند جدید، سیستم‌های کانال پیچیده را می‌توان در شیشه تولید کرد، کوتز هلمر می‌گوید: «به لطف پایداری حرارتی و شیمیایی شیشه، بسیاری از زمینه‌های کاربردی جدید به‌ویژه در زمینه شیمی در حال باز شدن است.»
