دستیابی ایران به تکنولوژی پرینتر سه بعدی در ابعاد میکرون

دکتر محمدرضا موحدی استاد دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه صنعتی شریف و کیوان محمدی دانشجوی دکتری، برای اولین بار در خاورمیانه موفق به ساخت پرینتر سه بعدی با هدف ساخت قطعات در ابعاد میکرون شدند. پیش از این نیز کشورهای آمریکا، انگلیس، سوئیس و ژاپن در این تکنولوژی ورود پیدا کرده بودند و هم اکنون با کمک محققین دانشگاه صنعتی شریف این تکنولوژی بومی شده است.

به گفته کیوان محمدی پرینترهای سه بعدی در دو دهه اخیر، با ورود به صنعت ساخت و تولید انقلاب جدیدی در این صنعت بوجود آورده است. سرعت و انعطاف پذیری این تکنولوژی در تولید قطعات پیچیده و کاهش مراحل تولید بسیار قابل توجه است. پرینتر سه بعدی در مقیاس میکرو و نانو، به مراتب پیچیده‌تر و مشکل تر از ابعاد ماکرو است. روش‌های مرسوم پرینتر سه بعدی از جمله تفجوش انتخابی، ذوب انتخابی، ذوب فیلامنت پلیمرو غیره، بدلیلمحدودیت‌های ساختاری و ماهیتی آنها، در ساخت قطعات میکرونی با رزولوشن بالا ناتوانند. لذا محققین بدنبال روشی از روش‌های پرینتر سه بعدی هستند که قادر به تولید قطعات در ابعاد میکرو با گستردگی مواد مورد استفاده، هستند. محمدی در رابطه این موضوع گفت:

پرینتر سه بعدی الکتروهیدرودینامیک تکنولوژی جدیدی از پرینترهای سه بعدی است که قادر به ساخت سازه‌ها و قطعات با دقت و رزولوشن میکرونی و کمتر از آن است. اهمیت پرینترهای سه بعدی تا جایی است که سیاست مداران معروفی همچون رئیس جمهور امریکا طی سخنانی توانست با متقاعد کردن کنگره، سرمایه گذاری ویژه ای برای این تکنولوژی اختصاص دهند. شرکت‌های بزرگ دنیا همچون ایرباس، زیمنس و بویینگ در حال گسترش این تکنولوژی برای ساخت قطعات هواپیما و همچنین استفاده در کاربردهای دیگر همچون پزشکی، خودروسازی و نظامی هستند.

کیوان محمدی که حدود چهار سال است در این زمینه مشغول تحقیق است، گفت:

در این روش که با الهام از پدیده فیزیکی الکتروهیدرودینامیک ابداع شده است، ایجاد میدان الکتریکی قوی در قطره بزرگ، موجب تغییر فرم آن شده و در شرایط خاصی می‌تواند قطره مورد نظر را تا بیش از ده برابر کوچک کرده و به قطرات میکرونی تبدیل کند. در این پدیده که در زمان بسیار کوتاهی رخ می‌دهد، از نوک قطره اولیه، قطره کوچک‌تری پرتاب می‌شود و قابل هدایت به سطح مورد نظر است. پیچیدگی ماهیت چند فیزیکی این فرآیند و تاثیرپذیری آن از پارامترهای مختلف، دستیابی به این تکنولوژی را مشکل و حائز اهمیت ساخته است. هم اکنون از دانشگاه‌های هاروارد، پنسیلوانیا و NUS سنگاپور برای ایجاد این تکنولوژی دعوت شده‌ایم و در واقع درخواست تکنولوژی از سمت غرب به ما بوده است.

به گفته محمدی، موضوع پایانامه‌های ما بایستی بدرستی هدف‌گذاری شود، بطوریکه علاوه بر بُعد تحقیقاتی و انتشار مقالات علمی، از جنبه‌ی تولید فناوری و دستیابی به تکنولوژی‌های پیشرفته دنیا برای کشور مفید باشد. تحقیق انجام شده تحت عنوان رساله دکتری اینجانب بوده است، که با همکاری علی اعرافی بعنوان دانشجوی کارشناسی ارشد در دو بعد ۱- دستیابی به تکنولوژی و ۲- انجام تحقیقات نو و کاربردی هدف گذاری و اجرا شده است.

دکتر موحدی استاد راهنمای این پروژه نیز خاطر نشان کرد: موضوع پرینتر سه بعدی به عنوان یک روش نوین ساخت قریب به ۲۰ سال است که در دنیا در مقیاس صنعتی شروع شده و روز به روز توسعه بیشتری پیدا می‌کند. به طوری که در آینده پژوهی در دنیا پرینت سه بعدی به عنوان یکی از ده تکنولوژی مهم که در آینده دنیا را متحول خواهد کرد، شناخته می‌شود. در کشور ما نیز خصوصاً در دهه اخیر در ابعاد مختلف هم صنعت و هم دانشگاه ورود پیدا کرده و هم اکنون به جایی رسیده‌ایم که بسیاری از تجهیزات و دستگاه‌های پرینتر سه بعدی توسط تیم‌های دانشگاهی و صنعتی در داخل کشور ساخته می‌شود و پایان‌نامه و پروژه‌های دانشگاهی خوبی در این زمینه در حال انجام است.

وی گفت: پرینرهای سه بعدی انواع مختلفی دارند و بر اساس نوع ماده اولیه به پودر، مایع و جامد تقسیم بندی می‌شوند و در ابعاد متفاوت و متناسب با دقت و رزولویشن قطعه‌ای که ایجاد می‌کنند دسته بندی می‌شوند.

وی افزود: کاری که در آزمایشگاه ساخت دقیق دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه صنعتی شریف صورت گرفته در ادامه کارهای قبلی در حوزه به پرینت سه بعدی، تمرکز بر روی نوع خاصی از تکنولوژی که پرینتر الکتروهیدرودینامیک است دارد که تفاوت آن با تکنولوژی‌های دیگر این است که لایه نشانی را با ذرات در مقیاس میکرو و نانو انجام می‌دهد و برای ساخت تجهیزات دقیق و ظریف و ریز از آن استفاده می‌شود، مثل پرینت نانو داروها و یا پرینت میکرو سنسورهای انعطاف پذیر که مثلاً در بدن انسان قابل استفاده است.

استاد دانشگاه صنعتی شریف در ادامه گفت: این تکنولوژی کاربردهای زیادی در حوزه پزشکی، هوافضا و صنعت خودرو سازی و… است چون قادر به تولید تجهیزات ظریف و ریز می‌باشد که در حوزه‌های گوناگون قابل استفاده است.

موحدی افزود: این تکنولوژی قبلاً در کشورهای پیشرفته آغاز شده و ما هم در آزمایشگاه دانشکده مهندسی مکانیک حدود ۴ سال پیش به این تکنولوژی ورود پیدا کرده‌ایم و و توانسته‌ایم با تسلط بر ای فناوری تجهیزات لازم را بسازیم و با موفقیت به مرحله تست برسانیم.

وی گفت: اساس کار این است که مانند یک پرینت جوهر افشان بتوانیم با کمک میدان الکتریکی با ولتاژ بالا اندازه و شکل قطرات را مورد کنترل قرار دهیم و قطره مورد نظر در ابعاد دقیق و سایز ریز روی کاغذ زیرلایه پرینت شود. اگر این قطره سیال حاوی ذرات نانوپودر از مواد مختلف مانند نقره باشد و این سیال هم ماده حلالی باشد که تبخیر می‌شود چیزی که باقی می‌ماند لایه‌ای از آن ماده مورد نظر مثل نقره است که نشانده می‌شود و با کمک این تکنولوژی می‌توانیم لایه نشانی در ابعاد و رزولویشن میکرون و حتی پایین‌تر با دقت بالا انجام دهیم.

موحدی خاطر نشان کرد: تجهیزاتی که در آزمایشگاه ما ساخته شده علاوه بر تجهیز پرینتر سه بعدی الکتروهیدوردینامیک، تجهیزاتی برای مشاهده پدیده لایه نشانی ذرات و عکس گرفتن با سرعت بالا برای مشاهده لایه نشانی در زمان‌های بسیار کوتاه است.

وی افزود: در حال حاضر موفق شده‌ایم در تعامل با شرکت‌های دارویی از این تکنولوژی برای پرینت ناتو دارو استفاده کنیم و در این مسیر معاونت علمی ریاست جمهوری حمایت خوبی از این تحقیق داشته اند.

استاد راهنمای پروژه ساخت پرینتر الکتروهیدرودینامیک در ادامه گفت: تحقیقات در این حوزه در کشور به موازات تحقیقات در کشورهای پیشرفته دنیا در حال انجام است و امیدوارم این تکنولوژی منافع خوبی برای کشور به ارمغان بیاورد.

وی در خاتمه گفت: با توجه به توسعه فناوری‌ها در دنیا در موضوع نانو داروها لازم است که ما هم در کشور به این تکنولوژی ورود پیدا کنیم چرا که در سال‌های آتی با حجم وسیعی از نانو داروهایی که وارد ایران خواهند شد، روبرو خواهیم شد و قطعاً هر کدام از این دارو ها باید با قیمت گزاف خریداری شوند بنابراین ورود به این حوزه و ساخت آن در کشور در آینده دارای منفعت و سودآوری قابل ملاحظه‌ای خواهد بود و بعد از گذراندن دوره‌های آزمایشگاهی و اثبات فناوری و اخذ مجوز امکان صادرات این تکنولوژی و ارز آوری بیشتر برای کشور وجود خواهد داشت.