تقنية طباعة ثلاثية الأبعاد جديدة تُحدث ثورة في القوة والتكلفة باستخدام الضوء والذكاء الاصطناعي

أظهرت دراسة أجرتها فرق بحثية في جامعة كايس تقدمًا كبيرًا في مجال الطباعة ثلاثية الأبعاد باستخدام الضوء، من خلال دمج تقنية الطباعة بالضوء الرقمية (DLP) مع الذكاء الاصطناعي لتحسين المتانة والكفاءة الاقتصادية. وقد نُشرت النتائج في مجلة Advanced Materials، حيث أظهر الفريق بقيادة البروفيسور ميسو كيم من قسم الهندسة الميكانيكية في الجامعة قدرة تقنيته على تجاوز أحد أبرز عيوب الطباعة بالمواد القابلة للتحفيز الضوئي، وهي ضعف المتانة وسهولة الكسر عند التعرض للصدمات. تعتمد الطباعة بالضوء الرقمية على تصلب السوائل البوليمرية باستخدام ضوء معين، مما يتيح إنتاج هياكل دقيقة بسرعة، ويُستخدم على نطاق واسع في مجالات مثل طب الأسنان وتصنيع النماذج الأولية. لكنها تعاني من قصور في المتانة مقارنة بالطرق التقليدية مثل الصب بالحقن، التي تُنتج قطعًا أكثر متانة لكنها تتطلب تكاليف عالية ووقتًا طويلًا لتصنيع القوالب. لحل هذه المشكلة، طوّر الفريق مادة جديدة تُسمى "أكريلات البولي يوريثين" (PUA) تحتوي على روابط ديناميكية، ما يعزز قدرة المادة على امتصاص الصدمات والاهتزازات بشكل كبير مقارنة بالمواد التقليدية. كما استخدموا تقنية "DLP بالدرجات الرمادية"، التي تتحكم في شدة الضوء أثناء الطباعة، مما يسمح بتحقيق خصائص ميكانيكية مختلفة ضمن هيكل واحد باستخدام نفس المادة. هذه الفكرة مستوحاة من التصميم الطبيعي في الجسم البشري، حيث تختلف متانة العظام والغضاريف حسب الوظيفة. وأحد العناصر الحاسمة في هذه التقنية هو خوارزمية ذكاء اصطناعي تحلل البنية والظروف الميكانيكية للهياكل، ثم تقترح توزيعًا مثاليًا للمتانة داخل الهيكل، مما يربط بين تطوير المواد وتصميم الهيكل بشكل عضوي وذكي. هذا يقلل من الحاجة إلى نماذج متعددة أو مواد مختلفة، ويُقلل من تعقيد العمليات الإنتاجية. من الناحية الاقتصادية، يُعد هذا التقدم مُهمًا جدًا، إذ كان يُعتبر ضروريًا استخدام تقنيات "الطباعة متعددة المواد" الباهظة لإنجاز هياكل ذات خصائص متنوعة، بينما تحقق التقنية الجديدة نفس النتائج باستخدام مادة واحدة وعملية واحدة فقط، مما يخفض التكاليف بشكل كبير ويقلل الحاجة إلى معدات معقدة أو إدارة متعددة للمواد. يؤكد البروفيسور كيم أن هذه التقنية تفتح آفاقًا جديدة في تحسين درجة حرية التصميم من حيث الخصائص المادية والهندسية معًا، مشيرًا إلى إمكانية استخدامها في تطوير أطراف صناعية أو أجهزة طبية مخصصة تتميز بالمتانة والراحة. كما تُعد مناسبة جدًا لقطاعات متعددة مثل الطيران، والروبوتات، والتصنيع الدقيق، حيث تُطلب قطع قوية وذات تصميم دقيق.