طوّر باحثون في جامعة يوتا تقنية طباعة ثلاثية الأبعاد هولوغرافية (holographic 3D printing) قادرة على تصليب هياكل دقيقة ومعقدة في غضون 20 ثانية فقط. ومن خلال التخلي عن طريقة التكديس التقليدية طبقة تلو الأخرى لصالح نهج التعريض الضوئي بلقطة واحدة، يقضي هذا النظام على اللحامات الضعيفة والمسربة التي غالباً ما تعيب الأجزاء المطبوعة بالطرق التقليدية. يمثل هذا النهج قفزة نوعية في سرعة التصنيع، رغم أنه يُعد حالياً أداة متخصصة للهياكل الدقيقة وليس حلاً شاملاً للطباعة.
تستعير هذه العملية مبادئ من تقنية الطباعة الحجرية الضوئية (photolithography) لكنها تطبقها على مواد أكثر سُمكاً. يوضع قناع مزود بأنماط نانوية أمام ليزر لتشكيل الضوء قبل دخوله إلى ركيزة متخصصة تُعرف باسم مادة SU-8. وعندما تتعرض خيوط البوليمر داخل مادة SU-8 لضوء الليزر الموجّه، يتصلب الحجم المفيد بالكامل في وقت واحد. بعد ذلك، تُغسل المادة غير المعرضة للضوء ببساطة، تاركة وراءها هيكلاً صلباً وسلساً.
ورغم أن سرعة هذه التقنية غير مسبوقة، إلا أن هذا الابتكار يأتي مع قيود كبيرة تتعلق بالمرونة الهندسية. في الوقت الحالي، تتحكم الطابعة في طول وعرض النمط، ثم تمدد هذا الشكل الدقيق عمودياً عبر ارتفاع المادة. ونظراً لافتقارها إلى تحكم حقيقي ثلاثي الأبعاد للأشياء التي تتطلب أشكالاً هندسية متغيرة عند أعماق مختلفة، اقتصرت العروض الأولية على مصفوفات الأنابيب الدقيقة والأنماط الشبكية بدلاً من التصميمات المعقدة متعددة الطبقات.
على الرغم من قيودها الحالية، تُعد طريقة اللقطة الواحدة فعالة للغاية للتصميمات المعقدة التي يجب أن تمتد باستمرار عبر حجم سميك. وقد تم اختبار الأنابيب الدقيقة المطبوعة بنجاح لحركة السوائل عبر الخاصية الشعرية، وللتأكد من متانتها الهيكلية تحت الضغط. هذا يجعل التقنية أداة تصنيع مثالية للمكونات على مستوى المختبر حيث يجب أن تتحمل الهياكل الداخلية قوى فيزيائية حقيقية.
نهاية عصر التكديس الهش
يمثل التحول من الطباعة المتراكمة إلى الطباعة ثلاثية الأبعاد الهولوغرافية الحجمية تغييراً جذرياً في كيفية تعاملنا مع التصنيع الدقيق. لطالما خاض التصنيع الإضافي التقليدي معركة خاسرة ضد السلامة الهيكلية؛ فكل طبقة تُضاف تمثل نقطة ضعف محتملة تحت الضغط. ومن خلال معالجة ركيزة SU-8 بالكامل في تعريض ضوئي واحد مدته 20 ثانية، فإن فريق جامعة يوتا لا يسرّع الإنتاج فحسب، بل يغير بشكل جذري قوة المواد للمكونات الدقيقة المطبوعة.
يُعد قيد "الامتداد ثنائي الأبعاد" الحالي خطوة كلاسيكية في علم المواد. وبمجرد أن يفك الباحثون شفرة الهندسة متغيرة العمق دون التضحية بوقت التعريض البالغ 20 ثانية، يمكن لهذه التقنية أن تحل محل الطباعة الحجرية الضوئية التقليدية بسرعة في تصنيع الأجهزة الطبية الحيوية والموائع الدقيقة. السباق الآن يتركز على تحقيق تحكم حقيقي ثلاثي الأبعاد مع الحفاظ على ميزة العشرين ثانية الحاسمة.
