איך מקפלים עגור מטיטניום?

טכנולוגיה חדישה של הדפסת שכבות של מתכת נוזלית וקיפולן כמו באוריגמי, מאפשרת ליצור צורות תלת מימדיות מורכבות כמו עגור העשוי טיטניום. שיטת הקיפול תשמש בעתיד כדי ליצור מתקנים מורכבים להשתלה רפואית שיתמכו למשל בבניית רקמות

קרן מרון, “גליליאו”

כבר במאה ה-17 ידעו היפנים לקפל פיסות נייר לכדי פסלים מרהיבים. כיום האוריגמי, אמנות קיפול הנייר היפנית, משתלבת בטכנולוגיות המתקדמות ביותר של המאה ה-21. דוגמה לטכנולוגיה כזו היא ההדפסה התלת ממדית, שמאפשרת למשתמש לעצב חפץ במחשב ולהפיק אותו בלחיצת כפתור, ללא צורך בהרכבה.

מעבדתה של ד”ר ג’ניפר לואיס (Lewis) באוניברסיטת אילינוי שבארצות הברית עוסקת רבות בהדפסה התלת ממדית ובייחוד בפיתוח שיטות להדפסת חפצים מורכבים מחומרים עמידים כגון מתכת, פלסטיק וקרמיקה.

לואיס היא ממייסדיה של טכנולוגיה הנקראת הרכבה בהדפסה ישירה (direct-write assembly), שבה מדפסת מדפיסה שכבות של כעין דיו נוזלי המכיל חלקיקים של החומר המבוקש.

עגור ממתכת וקיפולים נוספים שנוצרו בשיטה המיוחדת של הדפסה תלת מימדית (צילום:Bok Yeop Ahn)

הנוזל שבדיו מתאדה לאחר ההדפסה ומותיר אחריו את החומר (מתכת, לדוגמה), ועל השכבה היבשה מדפיסים עם שכבת דיו נוספת. את החפץ הסופי שמתקבל חושפים לטמפרטורות שונות כדי לייצבו (בתהליך שנקרא annealing). אולם, לטכנולוגיית הדפסה זו יש מגבלות.

בעבור מבנים המורכבים משכבות רבות, השכבות התחתונות לעתים אינן מסוגלות לשאת בנטל השכבות העליונות ומאבדות את צורתן. ד”ר בוק יופ אן (Bok Yeop Ahn), חוקר במעבדתה של לואיס, הציע דרך מתוחכמת להתגבר על בעיה זו – במקום להעמיס שכבות על גבי שכבות, אפשר להדפיס שכבה אחת ולהפיק את המבנה התלת-ממדי הרצוי על-ידי קיפול – כמו באוריגמי.

קיפול רטוב

כשניסו החוקרים לקפל “דף” מתכת מודפס, הם נתקלו בבעיה – הנוזלים שבדיו התאדו במהרה, והדף שנותר לא היה גמיש דיו ונסדק או נשבר כשניסו לקפלו. כדי להתמודד עם בעיה זו שוב פנו המדענים לשיטה יפנית עתיקת יומין, שיטת קיפול נייר הנקראת “קיפול רטוב”, שבה מרטיבים את הנייר כדי שיהיה נוח יותר לקיפול ולעיצוב קימורים. כדי לחקות את מרקם הנייר הרטוב שילבו החוקרים בדיו נוזלים מהירי ייבוש עם ממסים המתנדפים לאט, ובכך הגדילו את יכולת שליטתם בחומר.

עגור מטיטניום

השילוב של הקיפול עם ההדפסה פותח אפשרויות הרכבה חדשות, שאינן מתקבלות מהדפסה תלת ממדית רגילה. לדוגמה, החוקרים השתמשו בשיטת הקיפול כדי ליצור עגור מטיטניום, באופן שכנפי העגור תלויות מעל גופו ללא תמיכה מלמטה – מבנה שאי אפשר להפיקו בטכנולוגיות הדפסה קיימות.

לדברי החוקרים טכנולוגיית הקיפול תוכל לשמש, בין השאר, לייצור מתקנים מורכבים להשתלה רפואית, למשל “פיגומים”, מבנים המשמשים לתמיכה בתהליכים ביולוגיים כגון בניית רקמות.

לצורך הדגמה קיפלו החוקרים צורות מורכבות (כגון העגור) באופן ידני, אבל קיימים רובוטים שמסוגלים לבצע קיפולים מורכבים, וייתכן שהטכנולוגיה של לואיס ועמיתיה תעודד התקדמות גם בתחום זה.

הכתבה התפרסמה במגזין “גליליאו” מבית מוטו תקשורת.