طَبْع أجسام ثلاثية الأبعاد من الصفر

أَطلَق العلماء عليها اسم «ذا ريبليكيتور»، بمعنى: (المستنسِخة)، في إيماءة تقدير لتلك الآلات من ملحمة «ستار تريك» Star Treck الدرامية، التي يمكنها أن تجعل أي جماد تقريبًا يتجسد في صورة مادية.

فقد كشف باحثون في كاليفورنيا النقاب عن طابعة ثلاثية الأبعاد تستطيع أن تُنتِج جسمًا كاملًا دفعة واحدة، بدلًا من بنائه طبقة تلو الأخرى، مثلما تفعل الأجهزة التقليدية للتصنيع بالإضافة، في خطوة تقصِّر المسافة بين الخيال العلمي، والواقع. يقول جوزيف ديسيمون، عالِم الكيمياء في جامعة نورث كارولينا في تشابل هيل: "هذا تقدُّم مثير نحو الإسراع في وضع نماذج أولية من القطع الشفافة والصغيرة نسبيًّا".

ويوضح هايدن تايلور - وهو مهندس كهربائي بجامعة كاليفورنيا في بيركلي، وعضو في الفريق الذي ابتكر الجهاز، الذي ورد وصفٌ له في مجلة «ساينس» Science - أنه يعمل مثل جهاز المسح بالتصوير المقطعي المحوسب (CT)، ولكن بطريقة معاكسة. ففي أجهزة التصوير المقطعي المحوسب يدور أنبوب أشعة سينية حول المريض، ملتقِطًا صورًا متعددة للأجزاء الداخلية من الجسم. وفي أعقاب ذلك.. يستخدم الكمبيوتر تلك الإسقاطات؛ لإعادة تشكيل صورة ثلاثية الأبعاد.

لاحظ الفريق أنه يمكن عكس هذه العملية، فباستخدام نموذج حاسوبي لجسم ثلاثي الأبعاد، أجرى الباحثون عمليات حسابية لما سيبدو عليه هيكل الجسم من زوايا مختلفة عديدة، ثم غذّوا جهاز عرض شرائح عاديًّا بالصور ثنائية الأبعاد الناتجة. يُسقِط جهاز العرض الصور في حاوية أسطوانية الشكل، مليئة بالأكريليت السائل، وهو نوع من الراتنج الاصطناعي (B. E. Kelly et al. Science http://doi.org/cz8v; 2019).

 وبينما يعرض جهاز العرض الصور، التي تغطي الدرجات الـ360 كلها، تدور الحاوية بزاوية مناظِرة. ويقول تايلور: "من الممكن التحكم في كمية الضوء التي تتلقاها أي نقطة بشكل مستقل أثناء دوران الكتلة. وحالما يتجاوز الحجم الإجمالي قيمةً بعينها، يتحول السائل إلى الحالة الصلبة".

يرجع ذلك إلى أن مركبًا كيميائيًّا في الراتنج يمتص جزيئات الضوء (الفوتونات)، وعندما يصل إلى حد معين، يمر الأكريليت بحالة بلمرة، إذ ترتبط جزيئات الراتنج ببعضها بعضًا في هيئة سلاسل؛ لتكوين مادة بلاستيكية صلبة.

تستغرق عملية التعريض للضوء حوالي دقيقتين، لتكوين مجسم يبلغ عرضه بضعة سنتيمترات، ثم تجري إزالة السائل المتبقي، الذي يترك خلفه الجسم الصلب ثلاثي الأبعاد. أعاد الفريق إنشاء نسخة من منحوتة أوجست رودان، المعروفة باسم «المفكر» The Thinker، بلغ طولها بضعة سنتيمترات.

يقول تايلور إن هذه العملية أكثر مرونة من الطباعة ثلاثية الأبعاد التقليدية، ضاربًا مَثلًا بأنها يمكنها إنشاء أجسام تُغلف أجسامًا أخرى موجودة بالفعل. كما تتميز الهياكل الناتجة عن تلك العملية أيضًا بسطوح أكثر نعومة مما يمكن الحصول عليه باستخدام الطابعات ثلاثية الأبعاد المعتادة، وهو ما يمكن أن يكون مفيدًا في تصنيع مكونات بصرية. ومن ثم، يشير العلماء إلى إمكانية استخدام هذه الطريقة في طباعة مكونات طبية.