טכנולוגיה חדשה מאפשרת ליצור ולעבד חומרים שאינם מתאימים להזרקת דיו רגילה
שיטה חדשה להזרקת טיפות של חומרים נוזליים באמצעות גלי קול פותחת אפשרות להדפסת מגוון חומרים לשימוש ברפואה, באלקטרוניקה, במחקר ועוד.
שיטת ההדפסה בהזרקה מוגבלת כיום רק לחומרים שתכונותיהם מתאימות לדרישות הספציפיות מאוד של המכשירים הקיימים. במחקר שפורסם בכתב העת Advanced Science הציגו מדעני חומרים מאוניברסיטת הרווארד בארצות הברית והמכון הטכנולוגי בציריך שיטה להדפסת חומרים שעד כה הטכנולוגיה לא אפשרה להדפיסם.
הזרקת דיו היא שיטת דפוס שמבוססת על מזרק עם פיה צרה שממנה מטפטפים טיפות של הנוזל המודפס. השיטה, שנמצאת כיום בשימוש רחב בתעשייה ובמדפסות ביתיות זולות מאפשרת לייצר טיפות קטנות במיוחד, בקוטר של עד 10 מיקרון (עשירית מקוטר שערה), בקצב מהיר של עד מאה אלף טיפות בשנייה. היא מאפשרת לעבוד עם סוגים רבים של נוזלים ולייצר מהם חומרים לצרכים שונים – למשל תרופות או רכיבים לתעשיית האלקטרוניקה.
הבעיה היא שמגוון החומרים שאפשר להדפיס בהזרקה מוגבל למדי. אופן היווצרות טיפות בפיה תלוי במאזן הכוחות הפועלים על הנוזל, וביניהם מתח הפנים של הנוזל וצמיגותו. צמיגות היא תכונה של נוזלים שמאפיינת את הקלות שבה נוזל זורם כשפועל עליו כוח. לדוגמה, הצמיגות של דבש גבוהה במיוחד, כפי שאפשר לחוש כשמנסים למזוג כפית דבש. כשמזריקים נוזל בעל צמיגות גבוהה דרך פיה קטנה, לא ייווצרו טיפות, אלא זרם רציף שאינו רצוי בהדפסה.
עד היום הטכנולוגיה אפשרה להדפיס בהזרקה רק חומרים שצמיגותם עולה רק במעט מזו של מים.חומרים צמיגיים יותר, למשל סוגי מזון רבים או תמיסות ביולוגיות, לא התאימו להדפסה בהזרקה. הפתרון שנמצא לזה כעת נעזר בגלי קול כדי "לרמות" את החומר ולגרום לו ליצור טיפות אפילו כשמדובר בדבש.
בעזרת גלי הקול אפשר לגרום לטיפות ליפול מקצה ראש ההדפסה | צילום: Daniele Foresti, Jennifer A. Lewis/Harvard University
טפטוף בלחץ
החוקרים הכניסו את המזרק לתא תהודה קטן המשמש להגברת גלי קול, בדומה לאופן שבו החלל שבתוך גיטרה מגביר את צליל המיתרים שלה. גלי קול הם למעשה שינוי מחזורי בלחץ האוויר, בדומה למה שאנו חשים כשרעם חזק מרעיד את החלונות בביתנו. אל תוך התא מקרינים גלים על-קוליים, והוא בנוי כך שעוצמת גלי הקול עולה משמעותית ליד פיית המזרק. הגלים החזקים לוחצים על טיפות הנוזל המופקות בפיה ומסייעות להן להתנתק מהמזרק. כך הם גוברים על מתח הפנים שמחזיק את הנוזל ומאפשרים ליצור טיפות זעירות גם מנוזלים צמיגיים במיוחד.
החוקרים הדגימו הדפסה עדינה של חומרים לשימושים שונים – כמו הזרקת טיפות דבש על שוקולד, או הדפסת עדשות זעירות שמדמות מערכות ראייה מיוחדות. כמו כן הם הראו שאפשר להזריק טיפות מיקרוסקופיות עם חומרים ביולוגיים בלי לפגוע בהם, דבר שעשוי לאפשר ייצור תרופות בכמוסות זעירות.
הטכנולוגיה הזאת פותחת אפיקים חדשים לייצור של מוצרים רבים בתעשיות המזון, התרופות והאלקטרוניקה, ולאפשר מחקרים וטכנולוגיות שעד היום לא היו מעשיים עבורנו.
צפו בסרטון של אוניברסיטת הרווארד על טכניקת ההדפסה החדשנית (באנגלית):
