زمینه فعالیت

این آزمایشگاه با هدف توسعه و گسترش فناوری‌های نوین ساخت و تولید، در راستای پاسخ‌گویی به نیازهای پژوهشی،توسعه‌ای و صنعتی کشور در حال کار است. در این آزمایشگاه، پژوهش‌هایی از قبیل روش‌های نوین ساخت افزایشی، طراحی مواد و توسعه کاربردهای زیستی و دارویی در دست انجام است. در ادامه به توضیح چندین پروژه پژوهشی و صنعتی این آزمایشگاه می‌پردازیم:

فعالیت‌های آموزشی

دو گرایش با ارتباط مستقیم با این آزمایشگاه گرایش‌های ساخت و تولید و طراحی کاربردی هستند. دروسی که پیش نیاز تسلط و مهارت در این آزمایشگاه هستند عبارتند از:
● المان محدود کاربردی
● روش‌های تولید
● روش‌های طراحی مهندسی
● طراحی به کمک کامپیوتر
در درس المان محدود کاربردی، توزیع تنش‌ها بر روی یک جسم بررسی می‌شود نقاط ضعف ساختاری در جسم پیش بینی شده و تلاش بر سبک‌سازی و تقویت آن می‌گردد و با شبیه‌سازی حرارتی_مکانیکی تحلیل می‌شود  که این تحلیل‌ها پیش از چاپ سه‌بعدی الزامی می‌باشد. درس روش‌های تولید مرتبط‌ترین درس تئوری با پرینت سه‌بعدی هست که در آن، بهترین روش ساخت یک ماده مطالعه می‌گردد، رفتار‌های متفاوت مواد در چاپ مانند ذوب، سرد شدن، تنش و... بررسی می‌شوند، راه‌حل‌های معضلات چاپ سه‌بعدی اعم از خمیدگی، انقباض، ضعف چسبندگی لایه‌ها، زبری سطح و.‌.. که ریشه در مشکلات تولیدی دارند، واکاوی می‌شود و مراحل آماده‌سازی بعد از چاپ نیز تحلیل می‌شوند. در درس روش‌های طراحی مهندسی به یادگیری چگونگی طراحی برای چاپ سه‌بعدی، استفاده از چاپ‌ سه‌بعدی در چرخه توسعه محصول، طراحی کانسپت‌های پیچیده قابل چاپ و انتخاب درست فرایند ساخت افزایشی می پردازد و اساسی ترین مهارت لازم برای چاپ سه‌بعدی طراحی با کامپیوتر است که تمام قطعات قابل چاپ در CAD طراحی می‌شوند و قطعات مونتاژ می‌شوند و از آنجایی که اکثر نرم‌افزارهای CAD به ابزارهای چاپ سه‌بعدی مجهز شده‌اند می‌توان در آن‌ها ساپورت‌ها را هم ساخت و حجم مواد مصرفی و زمان چاپ را ارزیابی کرد و خروجی آن مستقیم وارد دستگاه پرینت می‌شود.
در کنار این دروس شرکت در دوره‌های آموزشی پرینت سه بعدی می‌تواند کمک بزرگی در تسلط فرد به تجهیزات و مباحث این آزمایشگاه داشته باشد.

فعالیت‌های پژوهشی

پژوهش‌های آزمایشگاه بر مطالعه و ‌کاربرد فناوری‌های پیشرفته پرینت سه‌بعدی در زمینه‌های متفاوت تمرکز دارد.
● ساخت دارو‌ها و فرم‌های دارویی سفارشی با استفاده از پرینت سه‌بعدی یکی از این زمینه‌هاست که می‌توان داروها یا بافت‌ها را اختصاصی برای هر بیمار تولید کرد. برای مثال اگر بیمار به دوز خاصی از دارو یا ترکیب چند داروی مختلف نیاز داشته باشد یا نیاز داشته باشد دارو به صورت کنترل‌شده با سرعت خاصی در بدن آزاد شود یا در قالب خاصی مانند قرص ژله‌ای یا مایع تولید شود، می‌توان از این فناوری بهره برد.
● پرینت سه‌بعدی همچنین در ساخت سنسور‌ها هم دست دارد. چاپ سه‌بعدی امکان ساخت ساختار‌های پیچیده مثل مسیرهای الکتریکی داخلی، حفره‌های میکروسیالی ساختارهای انعطاف پذیر را به ما می‌دهد و همینطور تولید آن سریع و آسان است چرا که نیاز به قالب‌سازی ندارد.
● از دیگر فعالیت‌های پژوهشی تولید داربست‌های میکرونی زیستی با روش‌های (MEW (melt electrowriting  برای مهندسی بافت و کاربردهای پزشکی است. روش MEW یک روش چاپ سه‌بعدی با دقت بالا است که پلیمر را ذوب می‌کند و با هدایت آن توسط میدان الکتریکی، الیاف بسیار نازک در مقیاس میکرون تولید می‌کند. این الیاف می‌توانند در الگو‌های مختلف چیده شوند تا داربست‌ ویژگی‌های مکانیکی و زیستی لازم را داشته باشد. این روش به دلیل نظم، تخلخل قابل کنترل، استحکام مکانیکی مناسب، زیست سازگاری و امکان ایجاد ساختارهای بسیار دقیق حائز اهمیت است که در داربست‌های غضروف و استخوان و زیرساختار برای رگ‌سازی و مهندسی بافت اعصاب و عضله مورد استفاده و پژوهش است.
● کار دیگر این آزمایشگاه کار کردن بر تولید مواد فرامهندسی (metamaterial) جدید است. مواد فرامهندسی معمولا شامل شبکه‌ها و الگوهای تکرارشونده بسیار پیچیده‌اند که با روش‌هایی مثل ریخته‌گری یا ماشین‌کاری ساخته‌ نمی‌شوند ولی چاپ سه‌بعدی می‌تواند این هندسه‌های پیچیده را لایه لایه تولید کند.
● طراحی مواد با عملکردهای چندمنظوره هم زیرمجموعه کارهای این آزمایشگاه قرار می‌گیرد. این دسته از مواد چند ویژگی و عملکرد خاص را همزمان دارند. ویژگی‌هایی مثل سبکی، مقاومت، رسانایی، داشتن حافظه، تغییر شکل هوشمند و ... که پرینت سه بعدی با تغییر معماری داخلی و استفاده از چند ماده همزمان در ساخت یک جسم این موضوع را ممکن می‌سازد.

مهارت‌های لازم برای فعالیت

• افرادی که قصد ورود به آزمایشگاه نمونه‌سازی و پرینت سه‌بعدی را دارند نیازمند کسب مهارت و دانش خاصی هستند. باید بر نرم‌افزارهای طراحی سه‌بعدی مانند solidworks و catia تسلط لازم را داشته باشند. دانشجویان با این نرم‌افزارها مخصوصا سالیدورکس از ابتدای دوره کارشناسی و در درس نقشه‌کشی مهندسی آشنا می‌شوند.
• این دو نرم‌افزار این امکان را به ما می‌دهند که قطعات را طراحی و مونتاژ کنیم و سپس برای آن‌ها تحلیل‌های لازم مهندسی را مطالعه کنیم که از جمله این تحلیل‌ها می‌توان به تنش، خستگی، ارتعاشات، انتقال حرارت و ... پرداخت که در دروس مقاومت مصالح، طراحی اجزا، انتقال حرارت، سیالات و ارتعاشات آموخته می‌شوند و سپس آن‌ را به دستگاه‌های ساخت داد تا جسم موردنظر ایجاد شود.
• پیش‌نیاز دیگر ورود آشنایی اولیه با ساخت افزایشی و فناوری‌های پرینت سه‌بعدی است. از فناوری‌های مهم پرینت سه‌بعدی FDM/FFF است که مدل‌سازی رسوبیست که فیلامنت پلاستیکی گرم می‌شود و از نازل خارج شده و لایه لایه روی هم قرار می‌گیرد. دیگر فناوری SLA یا استریولیتوگرافی است که لیزر، مونومرهای شیمیایی حساس به نور را به یکدیگر پیوند داده و پلیمر تشکیل می‌شود که بدنه جسم را می‌سازد. یا در فناوری SLS که پودر پلیمر مثل نایلون لایه لایه ذوب و پخته می‌شود و به هم متصل می‌شوند. فناوری‌های دیگری هم مانند DLP (پرتوافکنی دیجیتال), SLM (ذوب و اتصال مستقیم فلزات)، Binder Jetting (چسب پاشی) و ... هم در ساخت افزایشی کاربرد دارند.
• آشنایی با مواد مهندسی و رفتار ترمومکانیکی فلزات و پلیمرها برای فعالیت در این آزمایشگاه مهم است. با مواد مهندسی در درس علم مواد آشنایی پیدا خواهید کرد. رفتار ترمومکانیکی به این معناست که ماده با تاثیر همزمان دما و تنش و کرنش چه رفتاری دارد که در پلیمرها حساس‌تر از فلزات است. این رفتارها به مرور در درس‌های مقاومت مصالح یک و دو، ترمودینامیک و انتقال حرارت مطالعه می‌شوند.
• دانشجو باید مهارت در برنامه‌ریزی چاپ، تنظیم پارامترهای ساخت و نگهداری دستگاه‌ها را داشته باشد. برنامه‌ریزی چاپ یعنی آماده‌سازی صحیح مدل و پیش‌بینی فرآیند چاپ که شامل آماده‌سازی مدل سه‌بعدی، تشخیص نیاز به ساپورت، انتخاب تکنولوژی مناسب چاپ و برآورد زمان و هزینه چاپ است. مهارت در تنظیم پارامتر‌های چاپ از مهم‌ترین مهارت‌های یک اپراتور چاپگر سه‌بعدی است. پارامتر‌های کلیدی‌ای که باید آن‌ها را تنظیم و کنترل کند دمای نازل و بستر را برای کنترل چسبندگی لایه اول و جلوگیری از جدا شدن، سرعت چاپ که با میزان کیفیت چاپ رابطه عکس دارد، اندازه ارتفاع لایه که با کیفیت و میزان جزئیات ارتباط مستقیم دارد و با زمان مورد نیاز برای ساخت ارتباط عکس دارد هستند.
• از دیگر پارامترها می‌توان به عرض اکستروژن، جریان اکستروژن، چگالی پرکننده و ... اشاره کرد.
• برای حفظ کیفیت چاپ و جلوگیری از خرابی دستگاه مهارت نگهداری دستگاه ضروری است که نیازمند کالیبراسیون منظم، مراقبت از اکسترودر، روان‌کاری و تمیزکاری قطعات مکانیکی، نگهداری فیلامنت و به‌روزرسانی نرم افزار هست.
• همچنین دانشجویان باید توانایی کار تیمی در پروژه‌های چندرشته ای(مهندسی مکانیک، مواد، پزشکی، داروسازی، طراحی صنعتی) را داشته باشند.