במקום להדפיס שכבה אחר שכבה, כפי שנעשה כיום, פריצת דרך מאפשרת הדפסה בשלושה ממדים באמצעות הקרנת האובייקט על פולימר נוזלי שמתמצק במקומות הנכונים
הדפסת תלת-ממד מאפשרת כבר היום להפוך את הדמיון למציאות ולייצר לפי דרישה כמעט כל מוצר שיעלה על הדעת. ועדיין, עולם ההדפסה התלת-ממדית ממשיך לצעוד קדימה. מעבדות מחקר וחברות פרטיות ממשיכות לייעל ולזרז את תהליכי ההדפסה, כדי להגיע לטכנולוגיה שתהיה כלכלית גם בייצור המוני. שיטת הדפסה חדשה שמאפשרת להדפיס עצמים תלת-ממדיים כמקשה אחת, בניגוד לטכנולוגיות הקיימות שבונות את העצם המודפס שכבה אחר שכבה, היא פריצת דרך נוספת בתחום.
ההדפסה התלת-ממדית זמינה כיום גם למשתמש הפרטי היצירתי, ומאפשרת לכל אחד לתכנן ולהדפיס מוצרים שהדמיון הוא המגבלה העיקרית על עיצובם. הפוטנציאל הכלכלי העצום של הדפסה מסחרית של מוצרים מתוחכמים במיוחד ומותאמים אישית לצרכי הלקוח ממריץ הן חברות הזנק והן חברות גדולות להשקיע בפיתוח מוצרים מבוססי הדפסת תלת-ממד. המגוון האדיר כולל למשל מכשירי שמיעה שמותאמים בצורה מושלמת לצורת האוזן ולצרכים של המשתמש, או נעלי ריצה עתידניות.
אבל עדיין ישנם אתגרים. שיטת ההדפסה, שבה המוצרים נבנים שכבה אחר שכבה, מגבילה את מהירות הייצור ולרוב מלווה גם במרקם מחוספס שמאפיין אובייקט שכבתי. המגבלות האלה, יחד עם היצע מוגבל של חומרים שניתן להדפיס בהם, מונעים מהדפסת התלת-ממד להפוך לטכנולוגיה שמשמשת לייצור המוני וזול של מוצרים פשוטים ומורכבים כאחד.
כדי לייצר אובייקטים תלת-ממדיים בדרך אחרת, נדרשת חשיבה מחוץ לקופסה, תרתי משמע. מחקר טרי הגדיל לעשות ושאב את השראתו מטכנולוגיית הטומוגרפיה הממוחשבת (סריקת CT), שמאפשרת כבר עשרות שנים ליצור הדמיה של איברי גוף בתלת-ממד. חוקרים מאוניברסיטת ברקלי פיתחו תהליך שמאפשר לעשות גם את הפעולה ההפוכה.
בטומוגרפיה ממוחשבת אוספים תמונות דו-ממדיות רבות של האיבר הרצוי, מזוויות שונות, ומזינים אותן למחשב לשם יצירת ההדמיה התלת-ממדית. טכנולוגיית ההדפסה התלת-ממדית מתחילה ביצירת ספריית תמונות דו-ממדיות של האובייקט ומסתיימת בהפקתו בתלת-ממד.
השיטה כוללת שני שלבים עיקריים. בשלב הראשון מצלמים מזוויות רבות את האובייקט שרוצים לשכפל בהדפסה, ובעזרת אלגוריתם ייעודי משתמשים בתמונות כדי לייצר סרט וידאו שכולל את כל החתכים הדו-ממדיים של האובייקט. בשלב השני מקרינים את סרט הווידאו שנוצר על מכל מסתובב המכיל חומר צמיגי מאוד שנקרא "פוטו-פולימר", המתקשה כשהוא נחשף לאור בעוצמה מסוימת.
התמונות שמוקרנות על המכל מכילות את המידע על המבנה התלת-ממדי של האובייקט, ומתרגמות אותו למנות אור שמגיעות לכל נפח המכל. כך אזורים במרחב שעתידים להיות חלק מהאובייקט הקשיח נחשפים לכמות אור שגורמת לפולימר להתקשות, בעוד ששאר האזורים, שלא נחשפו לכמות אור מספקת, נשארים נוזליים.
לאחר הקרנת הווידאו, שנמשכת בין חצי דקה לדקה וחצי בעבור עצמים בגודל של כמה סנטימטרים, מנקזים את שאריות הפולימר הנוזלי ומתקבל האובייקט המשוכפל במלואו.
עותק מוקטן של "האדם החושב" (אוגוסט רודן) שהודפס בשיטה החדשה באוניברסיטת ברקלי | צילום: Stephen McNally, UC Berkeley
נקודת פתיחה מרשימה
מכיוון שלא מדובר בבנייה שכבתית, הטכנולוגיה מאפשרת יצירה של אובייקטים ייחודיים. במחקר הנוכחי הציגו מבנים בגודל כמה סנטימטרים, שנוצרו ברמת דיוק של כמה עשיריות המילימטר. כמו כן הוצגו אובייקטים חלקים במיוחד, שיכולים לשמש רכיבים אופטיים משום שאינם מפזרים אור כמו אובייקטים שאינם חלקים; ואפילו אובייקטים שנבנו ישירות על חפץ קיים, כמו ידית של כלי עבודה שנבנית היישר על החלק המתכתי שלו.
יצירה של מבנים כאלו במקשה אחת אינה פשוטה, וכדי שהתהליך יצליח, התרגום הראשוני של מבנה האובייקט לתמונות הדו-ממדיות המגדירות את עוצמת האור שמגיעה לכל נקודה במרחב חייבת להיות מדויקת. גם קצב הסיבוב של המכל עם הפולימר בתוכו ומהירות הסרט שמוקרן עליו צריכים להיות מסונכרנים בצורה מושלמת. אבל הפוטנציאל של הטכנולוגיה עצום.
הטכנולוגיה הזאת צריכה כמובן להבשיל, ולעבור בהצלחה לקנה מידה תעשייתי. אבל לטענת החוקרים, ניתן להדפיס בעזרתה עצמים ברוחב של מטר עם פרטים בגודל מילימטרי, איברי גוף מביו-חומרים, וכאמור, רכיבים חלקים מספיק כדי לשמש במערכות אופטיות. מדובר בנקודת פתיחה מרשימה לשיטה חדשנית ומרשימה בפני עצמה.
