This post is also available in:
English (אנגלית)
חוקרים מהמכון הטכנולוגי הפדרלי של לוזאן (EPFL) פיתחו תהליך חדשני להדפסה תלת-ממדית, המאפשר יצירת מבנים מתכתיים וקרמיים מורכבים ובעלי צפיפות גבוהה — מהלך שפותח אפשרויות חדשות בתחומים כמו אנרגיה, רפואה ותחושת סביבה (sensing).
השיטה שונה מהשיטות המסורתיות של הדפסת מתכות בתלת-ממד, אשר לרוב מתבססות על שרפים המכילים חומרים מקדימים (precursors) של מתכות. במקום זאת, צוות EPFL מתחיל בהדפסת שלד באמצעות הידרוג'ל — חומר גמיש המבוסס על מים. שלד זה משמש כ"מבנה ריק" שמוזרקים אליו בהמשך מלחים מתכתיים.
לאחר שההידרוג'ל עובר ספיגה של תמיסת המלחים, מתרחשת תגובה כימית ההופכת את המלחים לננו-חלקיקים המשתרשים בתוך החומר. חזרה על תהליך ההזרקה מגבירה את תכולת המתכת מבלי לפגוע ביציבות המבנית של המבנה. בשלב האחרון, מתבצע טיפול תרמי ההופך את הג'ל עתיר המתכת לקרמיקה או מתכת צפופה.
אחד היתרונות המרכזיים של שיטה זו הוא הביצועים המכניים של החומרים המתקבלים. על פי ההודעה לעיתונות, מבנים שיוצרו בשיטה זו מסוגלים לעמוד בלחצים הגבוהים פי 20 מאלו שיוצרו בגישות מבוססות הידרוג'ל קודמות. בנוסף, השיטה מצמצמת את ההתכווצות במהלך התהליך לכ-20% בלבד, לעומת 60–90% בשיטות קודמות – נתון קריטי ליישומים הדורשים דיוק ועמידות גבוהה.
כדי להדגים את הגמישות של השיטה, יצרו החוקרים מבנים ג'ירואידיים מורכבים מברזל, כסף ונחושת. מבנים גאומטרים אלו, הידועות בחוזקם ובמשקלם הנמוך, נבחנו באמצעות מכונת בדיקה אוניברסלית לבחינת עמידותן תחת לחץ.
יתרון נוסף ומשמעותי של השיטה הוא בכך שהעמסת החומר מתבצעת לאחר שלב ההדפסה – מה שמאפשר גמישות רבה יותר בבחירת הרכב החומרים בשלבים מאוחרים של הייצור. גישה זו נחשבת מבטיחה במיוחד לייצור רכיבים המשלבים מורכבות מבנית עם ביצועים חומריים גבוהים, כמו משטחים קטליטיים במערכות אנרגיה, שתלים רפואיים או מחליפי חום ממוזערים.
הממצאים, שפורסמו בכתב העת Advanced Materials, מראים כי אסטרטגיית ההזרקה וההתגבשות מאפשרת ייצור חלקים קרמיים ומתכתיים בעלי צפיפות של למעלה מ-80%, תוך שימור הצורות המורכבות. מדובר בפתרון שיכול להוות בסיס לתהליך ייצור בר-קיימא, גמיש וחסכוני.
