ورود لاتکس ها به دنیای چاپگرهای سه بعدی
گروه ترجمه و تولید محتوا در بسپار/ایران پلیمر محققین ویرجینیا تک یک فرایند جدید برای تولید لاستیک لاتکس با چاپ سه بعدی کشف کرده‌اند و این موضوع امکان چاپ تعداد بسیار زیادی از مواد الاستیک با شکل‌های هندسی پیچیده را فراهم می‌کند.
لاتکس، ماده‌ای است که در تهیه دستکش و رنگ مورد استفاده قرار می‌گیرد و منظور از آن گروهی از پلیمرهای بلند، با زنجیرهای تکرار شونده مولکولها، قرار گرفته درون نانوذرات دیسپرس شده در آب است. به لاتکس تهیه شده از چاپ سه بعدی و مواد لاستیکی مشابه، الاستومر می‌گویند و در بسیاری از کاربردها مانند روبات نرم، دستگاه‌های پزشکی و کمک فنر مورد استفاده قرار می‌گیرند.
لاتکس تهیه شده با چاپ سه بعدی تنها چندبار در مقالات علمی گزارش شده است. هیچکدام از مطالعات قبلی خصوصیات مکانیکی نزدیک به لاتکس چاپ شده در موسسه نوآوری ماکرومولکول ها در دانشکده علوم و دانشکده مهندسی را از خود نشان نداده‌اند.
با این نوآوری جدید در مهندسی شیمی و مکانیک، تیم به چند مورد از محدودیت‌های دراز مدت چاپ سه بعدی غلبه کرده است. محققین شیمی لاتکس‌های مایع را اصلاح کرده و آن را برای چاپ سه بعدی با سیستم کامپیوتری برای چاپ دقیق با رزولوشن بالای تمامی قطعات آماده کرده است.
پروفسور لانگ و پروفسور ویلیامز از تیم هدایت کننده این پروژه می‌گویند: این پروژه نشان دهنده مثالی برای تحقیقات بسیار زیاد بین رشته‌ای است و انجام پروژه با استفاده از متخصصین یک رشته (شیمی یا مکانیک) امکان‌پذیر نبود.
داده ها در رابطه با نتایج به دست آمده در مجله ACS Applied Materials & Interfaces چاپ شده است.
پیشرفت مواد جدید در علم
بعد از تلاش ناموفق سنتز مواد برای تهیه وزن مولکولی ایده‌آل و خصوصیات مکانیکی، فیل اسکات دانشجوی سال پنجم مهندسی و علوم ماکرومولکول در گروه تحقیقاتی لانگ به سمت لاتکس‌های مایع تجاری رفت.
محققین به این مواد به فرم جامد با چاپ سه بعدی نیاز داشتند اما اسکات اول نیاز داشت تا کامپوزیت شیمیایی را تقویت کند تا امکان چاپ فراهم شود.
اسکات به چالش اصلی رسید: لاتکس مایع بسیار شکننده است و امکان تغییر دادن آن برای شیمی‌دان‌ها سخت است.
یکی دانشجویان سال پنجم دکترای مکانیک، میناکشیسوندارام می‌گوید: در صورت اضافه کردن هر ماده‌ای به لاتکس، امکان از بین رفتن کامل پایداری و از بین رفتن کامل ماده وجود دارد.
سپس شیمی‌دان‌ها به ایده جدیدی رسیدند: اگر اسکات یک داربست مشابه آنچه در ساخت و ساز مورد استفاده قرار می‌گیرد، تهیه کند و آن را در اطراف ذرات لاتکس قرار دهد تا آنها را در جای خود نگه دارند، در این حالت لاتکس شکل‌گیری مناسبی خواهد داشت و اسکات علاوه بر لاتکس آغازگر نوری و ترکیبات دیگر را به آن اضافه کرد تا امکان چاپ سه بعدی آن با اشعه ماورای بنفش فراهم شود.
اسکات می‌گوید: به هنگام طراحی داربست، مهم‌ترین موضوع پایداری بود و مطالعات پایه در زمینه کلوئید و پایداری آنها در این زمینه بسیار موثر بود.
پیشرفت فرایند جدید در مهندسی
هنگامی که اسکات تحقیقات مرتبط با لاتکس مایع را انجام می‌داد، میناکشیسوندارام تحقیقاتی برروی پرینت درست رزین را انجام می‌داد. محققین از فرایند فوتوپلیمریزاسیون با استفاده از چاپگر و امکان پخت، سفت شدن رزین ویسکوز به یک شکل خاص با اشعه ماورای بنفش، استفاده کردند.
نیاز به چاپگری با امکان چاپ قطعاتی با رزولوشن بالا با اندازه سطح بالا، باعث شد محققین مکانیک چاپگر جدیدی بسازند. این چاپگر در سال 2017 ساخته شد و ثبت اختراع آن به ثبت رسیده است.
حتی با وجود این چاپگر، ذرات لاتکس مایع باعث ایجاد پراکندگی‌هایی در سطح رزین تحت اشعه ماورای بنفش می‌شوند که باعث چاپ بی‌کیفیت قطعات می‌شود و این موضوع باعث رسیدن به یک ایده جدید بود. او یک دوربین در داخل چاپگر تعبیه کرد تا از هر جهت تصویر رزین لاتکس را ثبت کند. با الگوریتم ویژه، امکان مشاهده برهم‌کنش اشعه ماورای بنفش روی سطح رزین و تنظیم خودکار پارامترهای چاپ برای تصحیح پراکندگی رزین به منظور پخت در یک شکل خاص را فراهم می‌شود.
ویلیامز می‌گوید: چاپ با قابلیت اسکن در یک سطح مقطع بزرگ رویایی بود که به حقیقت تبدیل شد.
داربست به شکل‌گیری لاتکس کمک می‌کند و هنگامی که محصول نهایی در آون قرار گرفت، آب تبخیر می‌شود و زنجیرهای پلیمری به شکل کویل می‌توانند استراحت کنند و به یک شبکه پیوسته تبدیل شوند.
یک روش برای تبدیل مولکولها به محصول
پیشرفت‌های جدید در مواد و پردازش آنها با استفاده از انجام تحقیقات بین رشته‌ای صورت گرفته است.
پروفسورهای هدایت کننده تحقیق می‌گویند: این لاتکس چاپ شده با سیستم سه بعدی امکان تهیه موادی به سختی پلاستیک یا نرمی لاستیک که تا بحال چاپ آنها ناممکن بوده است را فراهم می‌کند.
