علماء روس يطوّرون بلاستيكًا فائق المتانة لمكونات الأقمار الصناعية والغرسات الطبية

نون - طوّر باحثون في جامعة كاباردينو-بالقاريا الحكومية الروسية نسخة محسّنة من بوليمر فائق المتانة، تتيح طباعة مكونات دقيقة للأقمار الصناعية والغرسات الطبية باستخدام تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد، مع تقليل التشوه الذي يحدث عادة أثناء التصنيع.

وتعتمد المادة الجديدة على بوليمر «بولي إيثر إيثر كيتون»، المعروف اختصارًا باسم «PEEK»، والذي يتميز بقدرته على تحمّل درجات الحرارة المرتفعة والضغوط القاسية، فضلًا عن توافقه مع الاستخدامات الطبية.

ويُستخدم هذا البوليمر حاليًا في تصنيع غرسات الأسنان والجمجمة، ومقابض الأدوات الطبية، ومواد العزل الإلكتروني، إلى جانب بعض مكونات الطائرات والأقمار الصناعية. إلا أن طباعته بتقنية ثلاثية الأبعاد كانت تواجه تحديات تتعلق بسرعة التصلب والتبلور.

معالجة مشكلة التشوه

تكمن المشكلة في أن معظم أنواع «PEEK» صُممت أساسًا لعمليات القولبة بالحقن والبثق، وليس للطباعة المتتابعة على شكل طبقات. وخلال الطباعة ثلاثية الأبعاد، قد يؤدي التبريد السريع إلى انكماش المادة والتوائها، إضافة إلى إضعاف الترابط بين الطبقات.

وللتغلب على هذه العقبة، عدّل العلماء التركيب الجزيئي للمادة عبر إضافة مركّب كيميائي إلى سلسلة البوليمر، يعمل على إبطاء انتظام الجزيئات وتشكّل الشبكة البلورية أثناء التبريد.

ويسمح هذا التعديل للمادة بالبقاء مرنة لفترة أطول بعد وضع كل طبقة، ما يساعدها على الارتباط بصورة أفضل بالطبقة السابقة، ويقلل من الانكماش والتشوه ويحافظ على دقة الشكل النهائي.

وبحسب جامعة كاباردينو-بالقاريا الحكومية، أدى استخدام المادة المعدّلة بنسبة 20% إلى خفض درجة تبلور البوليمر من 28% إلى 16%، كما تراجعت درجة انصهاره من 339 إلى 310 درجات مئوية، الأمر الذي يجعل التحكم بعملية الطباعة أكثر سهولة.

نتائج مخبرية واعدة

أظهرت الاختبارات الأولية قدرة العينات المطبوعة بالمادة الجديدة على الاحتفاظ بشكلها، دون أن تنفصل عن منصة الطابعة أو تتعرض للانحناء، بخلاف الأجزاء المصنوعة من بوليمر «PEEK» التقليدي.

ولا يزال الابتكار في مرحلة النموذج المخبري، فيما يعمل الفريق البحثي على توسيع عملية إنتاجه وتطوير مواد مركّبة مدعمة تعتمد عليه.

ويخطط العلماء أيضًا إلى تكييف المادة لاستخدامها في أكثر من تقنية للطباعة ثلاثية الأبعاد، تمهيدًا لإنتاج مكونات معقدة في قطاعات الطيران والفضاء والهندسة الميكانيكية والطب، حيث يمكن لأي تشوه بسيط أن يؤثر في دقة القطعة وكفاءتها.

الصورة المقترحة: طابعة ثلاثية الأبعاد خلال تصنيع قطعة من بوليمر «PEEK»، مع ظهور نموذج لقمر صناعي وغرسة طبية في الخلفية.

وصف الصورة: مادة روسية مطوّرة قد تفتح آفاقًا جديدة لطباعة مكونات فضائية وطبية دقيقة وفائقة المتانة.