طريقة الطباعة الثلاثية الأبعاد الجديدة أكثر كفاءة بـ 70 مرة

يمكن لمنصة طباعة ثلاثية الأبعاد جديدة أن تنتج هياكل حية مفصلة بشكل أسرع وأكبر وبأكبر قدر ممكن دقة من الطرق السابقة .

ماذا لو تمكنت الطابعة ثلاثية الأبعاد من إنشاء أنسجة حية ناعمة في ثوانٍ بدلاً من بنائها ببطء طبقة تلو الأخرى؟ يقترب الباحثون في EPFL من هذا الهدف من خلال ترقية كبيرة لتقنية التصنيع المستقبلية التي تستخدم الصور المجسمة وضوء الليزر لتشكيل أجسام معقدة على الفور داخل الراتنج السائل.

تعمل هذه التقنية، المعروفة باسم التصنيع الإضافي الحجمي المقطعي (TVAM)، مثل التصوير المقطعي المحوسب في الاتجاه المعاكس أكثر من الطابعة ثلاثية الأبعاد التقليدية. بدلاً من تكديس المواد طبقة واحدة في كل مرة، يقوم النظام بإسقاط أنماط من الضوء في قارورة دوارة مليئة بالراتنج الحساس للضوء. أينما تتراكم طاقة ضوئية كافية، يتصلب السائل بسرعة إلى بنية ثلاثية الأبعاد كاملة.

في الأعمال السابقة المنشورة في عام 2025قام علماء EPFL بتحسين العملية باستخدام الصور المجسمة للتحكم في مرحلة موجات الضوء بدلاً من سطوعها. سمح هذا التغيير للنظام بالحفاظ على قدر أكبر بكثير من طاقة الليزر، مما جعل عملية الطباعة أكثر كفاءة بشكل كبير.

الآن، قام باحثون من مختبر EPFL للأجهزة الضوئية التطبيقية (LAPD) بدفع هذه التكنولوجيا إلى أبعد من ذلك. تعتبر منصتهم الأحدث أكثر كفاءة بـ 70 مرة من أنظمة TVAM الثلاثية الأبعاد السابقة بفضل جهاز تم تطويره حديثًا يتحكم بشكل مباشر في مرحلة شعاع الليزر داخل طابعة حجمية ثلاثية الأبعاد لأول مرة.

طباعة ثلاثية الأبعاد أسرع وأكثر دقة

أثناء الاختبار، أنتج الفريق أجسامًا بمقياس المليمتر في ثوانٍ، وأجسامًا بمقياس السنتيمتر في غضون دقائق. ويدعم النظام الذي يتم التحكم فيه بالطور أيضًا حزمًا ذاتية الشفاء، مما يسمح للطابعة بإنشاء هياكل أكثر دقة في المواد التي تشتت الضوء، بما في ذلك تلك التي تحتوي على خلايا حية.

يقول كريستوف موسر، رئيس شرطة لوس أنجلوس: “إن الكفاءة والدقة التي أثبتتها طريقتنا جعلت من الممكن أخيرًا إجراء طباعة حيوية لهياكل شبيهة بالأنسجة على نطاق شبه سريري”. “لقد طبعنا هياكل أكبر بكثير من تلك التي تم تحقيقها باستخدام الأساليب الثلاثية الأبعاد السابقة، على الرغم من زيادة تشتت الضوء الناجم عن الخلايا المدمجة.”

ونشرت النتائج في الضوء: العلوم والتطبيقات.

باستخدام صمام ثنائي ليزر بقدرة 150 ميجاوات، طبع الباحثون أذنًا بشرية بالحجم الطبيعي، مما يمثل تقدمًا نحو زراعة غرسات مطبوعة بيولوجيًا للطب الترميمي. وفي تجربة أخرى تتضمن بنية مطبوعة أصغر حجمًا (حجم 64 مم3)، ظلت الخلايا الحية المدمجة قابلة للحياة بعد ستة أيام وشكلت شبكات خلوية منظمة.

لتحسين نعومة السطح، قام الباحثون بإقران محركهم الخفيف بتقنية جديدة تقلل من البقع، وهو نوع من تداخل الضوء العشوائي الذي يمكن أن يخلق قوامًا خشنًا أو محببًا.

“نهجنا يجعل الطباعة الحجمية أقرب إلى عمليات زرع الحجم الحقيقي، والتصنيع المتوافق بيولوجيًا باستخدام مصادر ليزر منخفضة الطاقة”، تلخص المؤلفة الرئيسية وطالبة الدكتوراه في جامعة لوس أنجلوس، ماريا ألفاريز كاستانيو.

التحسينات المستقبلية للطباعة ثلاثية الأبعاد الحجمية

يقول الفريق إن الأبحاث المستقبلية ستركز على تحسين دقة الإسقاط واستكشاف كيفية عمل تشكيل الشعاع في الراتنجات الحيوية التي تحتوي على تركيزات عالية من الخلايا.

تتضمن الترقيات الإضافية المخطط لها لأنظمة TVAM المستقبلية طرقًا للطباعة مباشرة على الكائنات الموجودة أو حولها، إلى جانب تحسين التحكم في الميزات المجهرية من خلال التنبؤ بكيفية استجابة المواد الكيميائية الموجودة داخل الراتينج أثناء الطباعة.

يستخدم أحد أبرز التطورات التصنيع الإضافي الحجمي المجسم لإنشاء أشياء من خلال عرض صورة ثلاثية الأبعاد مباشرة على قارورة مملوءة بالراتنج، مما يلغي الحاجة إلى تدوير الحاوية أثناء الطباعة.

المرجع: “طباعة ثلاثية الأبعاد ثلاثية الأبعاد متعددة المقاييس وعالية الكفاءة مع مُعدِّل ضوء الطور” بقلم ماريا إيزابيل ألفاريز كاستانيو، وريكاردو ريزو، وفيولا سجارميناتو، ويي بو، وكريستوف موسر، 19 مايو 2026، الضوء: العلوم والتطبيقات.
دوى: 10.1038/s41377-026-02331-4

لا تفوت أي اختراق: انضم إلى النشرة الإخبارية SciTechDaily.
تابعونا على جوجل و أخبار جوجل.