מפרחים שנפתחים מעצמם ועד מעגלים מודפסים מורכבים וכיסויים שנאטמים בגשם – טכנולוגיית הדפסה חדשנית מאפשרת להדפיס מוצרים שמשתנים ומגיבים לסביבה
עולם ההדפסה התלת-ממדית מתפתח במהירות מסחררת. היכולת לתכנן ולייצר במהירות מבנים מורכבים לפי דרישה היא מהפכנית והעולם לא נשאר אדיש. לפי האתר סטטיסטה, השווי הנוכחי של שוק ההדפסה התלת-ממדית עומד על כעשרה מיליארד דולר וזאת רק ההתחלה: הוא צפוי להכפיל את עצמו עד 2021 ולפי תחזיות מסוימות יגיע לכ-50 מיליארד דולר בשנת 2025.
כמו בלא מעט תחומים שמבוססים על חדשנות טכנולוגית, ישראל היא שחקנית משמעותית מעוד בעולם ההדפסה התלת-ממדית. חברות שבסיסן בישראל, כמו Xjet, Nano Dimensions, Micron3DP או Massivit 3D מובילות את החדשנות בתחום, בעוד חברות ענק כמו Stratasys שהתמזגה עם Object הישראלית ו-3D Systems שרכשה את Simbionix, רוכשות את הידע והחדשנות הישראלית.
אחת הסיבות לפריחה האדירה ולפוטנציאל החדשנות הגבוה בתחום היא הרבגוניות של החומרים והמוצרים שאפשר לייצר בטכנולוגיות האלה. אנו מסוגלים כיום להדפיס חפצים באמצעות פולימרים, מתכות, זכוכיות ואפילו מלט כדי לייצר מגוון עצום של מוצרים, כולל מודלים, חלקי מנועים, אביזרי אופנה ואפילו בתים שלמים.
בעוד התחום ממשיך להתפתח לכיוונים חדשים, כמו הדפסת תאי גזע ואיברים להשתלה, עולם המדע פועל להוסיף ממד נוסף, למה שכבר נקרא הדפסה ארבע-ממדית. הממד הרביעי הוא השינוי – היכולת של המוצר לשנות את צורתו או תכונותיו בעקבות חשיפה לגורם חיצוני. מוצר כזה יכול לשנות את צורתו כשהוא נחשף לאור, לחות, כימיקלים או טמפרטורה שונה, ואף לחזור לאחר מכן לצורתו המקורית.
מדענים מהמכון הטכנולוגיה של ג'ורג'יה (ג'ורג'יה טק) דיווחו לאחרונה בכנס של החברה האמריקאית לכימיה שהצליחו לפתח אבטיפוס של מדפסת תלת-ממד מדגם חדש. יתרונו הגדול הוא שהוא מאפשר לפשט ולהאיץ את תהליכי ההדפסה וכך לשלב מגוון חומרים באותה הדפסה. כך אפשר לשלב חומרים קשיחים עם גמישים, וחומרים מוליכים עם מבודדים, כדי לייצר את הממד הפונקציונלי הרביעי.
השיטה החדשה מאפשרת להדפיס רכיבים אלקטרוניים עם החיווט בתהליך אחד | צילום: H. Jerry Qi
כבר לפני כשנה וחצי הציגו החוקרים את היכולת להדפיס מוצרים עם ממד רביעי. הם בחרו כמודל בפרח עם עלי כותרת ופיתחו עבורו מודל ארבעה-ממדי ממוחשב שלוקח בחשבון שיקולי מכניקה והבדלים בטמפרטורת המעבר הזכוכיתי שבה הפולימרים שבהם בחרו להשתמש מתרככים. על סמך הפרמטרים האלה קבעו איזה פולימר יודפס בכל מקום בדגם. התכנון הקפדני מביא לכך שבטמפרטורה של 20 מעלות עלי הכותרת סגורים וקשיחים, אבל אם מחממים אותם מעט הם נפתחים ו"פורחים".
המדפסת החדשה משתמשת בארבע טכנולוגיות הדפסה שונות שמתאימות לעבודה עם חומרים שונים. השילוב הזה מאפשר להדפיס מודלים ארבעה-ממדיים מורכבים במהירות גדולה ובשילוב של חומרים שונים. החוקרים משוכנעים שמדובר בפריצת דרך בתחום.
המדפסת החדשה מאפשרת למשל להדפיס לראשונה חיווט מלא להתקנים אלקטרונים שונים. טכנולוגיית כתיבה ישירה בדיו מאפשרת להשתמש בדיו עם ננו-חלקיקים של כסף כדי להדפיס חוטים מוליכים, בזמן שטכנולוגיית הזרקת דיו משמשת להדפסה של פולימר שיוצר את המעטפת המבודדת סביב החוטים. בצורה דומה, הדפסה משולבת של חומרים עם רמת גמישות משתנה יכולה לייצר מוצרים עם מפרקים גמישים שמאפשרים תנועה.
הוספת ממד רביעי מגיב ודינמי יכולה לייצר שוק חדש של מוצרים שמתוכננים להגיב לגורמים חיצוניים. בין שמדובר במעטפת רגישה למים שיודעת להיאטם כשיורד גשם, או שמא פרחים מלאכותיים שנפתחים באור שמש ונסגרים בלילה, הממד הרביעי מוסיף עוד עניין לתחום המרתק של ההדפסה התלת-ממדית.
