צוות חוקרים מהאוניברסיטה העברית בירושלים פיתח שיטה חדשה להדפסת זכוכית בתלת־ממד, המייתרת לחלוטין את השימוש בחומרים אורגניים המשמשים כדבקים ואת הצורך בחימום קיצוני בתום ההדפסה. המחקר פורסם בכתב העת המדעי Materials Today, והוא מאפשר לייצר ישירות מבני זכוכית סיליקה (החומר הבסיסי שממנו עשויה זכוכית) בצורות מורכבות, במהירות ובדיוק גבוה.
בעוד הדפסת פלסטיק ומתכת הפכה בשנים האחרונות לשיטה נפוצה בתעשייה ובמחקר, הדפסת זכוכית נותרה מאתגרת. השיטות הקיימות מתבססות על תערובות המכילות חלקיקים אורגניים שמייצבים את המבנה בזמן ההדפסה, אך בהמשך יש לשרוף אותם בטמפרטורות גבוהות מאוד. תהליך זה מגדיל את הסיכון לעיוותים, סדקים ופגיעה בתכונות החומר.
השיטה החדשה מבוססת על תמיסה נוזלית של קודמת־זכוכית (אבני הבניין שמהם מתגבשת הזכוכית) שבה מצוי רכיב כימי הרגיש לאור. כאשר קרן האור של המדפסת פוגעת באזור מסוים, מתרחש שינוי מקומי בחומציות, והוא זה שמעורר התגבשות ישירה של סיליקה. כך האור הופך להיות “היד” שמפסלת את הזכוכית, שכבה אחר שכבה, ללא שימוש בדבק וללא צורך בשריפה מסובכת לאחר מכן.
לאחר ההדפסה המבנה נשטף באתנול, מיובש בשיטה סופר־קריטית המונעת קריסת נקבוביות, ולאחר מכן מחומם בעדינות לכ־250 מעלות בלבד — טמפרטורה נמוכה בהרבה מהמקובל בתעשיית הזכוכית. התוצר הוא זכוכית נקבובית ושקופה למחצה, הניתנת לייצור בצורות ובמבנים שלא ניתן היה לייצר בעבר באמצעים מסורתיים.
לשיטה החדשה יש פוטנציאל יישומי רחב. בתחום האופטיקה ניתן יהיה לייצר עדשות מיקרוסקופיות ומוליכי אור בהתאמה מדויקת. בתחום ההנדסה הביו־רפואית ניתן להדפיס מבנים מזכוכית נקבובית שישמשו כפיגומים, שתלים ומערכות מיקרו־זרימה לחקר תאים וחומרים בממדים זעירים. נוסף לכך, מאחר שהתהליך אינו דורש חום גבוה, ניתן לשלב בתוך הזכוכית חומרים רגישים לחום כמו מולקולות אורגניות, צבעים פלואורסצנטיים וחומרים אלקטרוניים פעילים — מה שהיה בלתי אפשרי בשיטות המקובלות.
פרופ’ מגדסי מציין כי “הזכוכית היא אחד החומרים העתיקים ביותר שהאנושות מכירה, אבל השיטה הזו מביאה אותה ליכולות ייצור מותאמות־אישית, מדויקות ונקיות, שמתאימות לעידן שבו חומרים מתוכננים לפי צורך ולא לפי מגבלות הייצור”.
[קרדיט תמונה: אמיר רזינגר]
