Robocasting أو Direct Ink Writing (DIW) هي تقنية تصنيع مضافة يتم فيها بثق خيوط من عجينة (تعرف باسم “حبر” ، وفقًا للتشابه مع الطباعة التقليدية) من فوهة صغيرة بينما يتم نقل الفوهة عبر نظام أساسي . وهكذا يتم بناء الكائن من خلال “كتابة” طبقة الشكل المطلوبة حسب الطبقة. تم تطوير هذه التقنية لأول مرة في الولايات المتحدة في عام 1996 كطريقة للسماح بانتاج الأجسام الخضراء الخزفية المعقدة هندسيا عن طريق التصنيع الإضافي. في عملية robocasting ، يتم تقسيم نموذج 3D CAD إلى طبقات بطريقة مشابهة لتقنيات التصنيع المضافة الأخرى. يتم بعد ذلك بثق مائع (عادة ما يكون من الطين الخزفي) ، يُشار إليه باسم “حبر” ، من خلال فوهة صغيرة حيث يتم التحكم في موضع الفوهة ، مع رسم شكل كل طبقة من نموذج CAD. يخرج الحبر من الفوهة في حالة شبيهة بالسوائل ولكنه يحتفظ بشكله على الفور ، مستغلا خاصية الريولوجية لخفض التمزق. إنه متميز عن نمذجة ترسيب مدمج حيث أنه لا يعتمد على التصلب أو التجفيف للحفاظ على شكله بعد النتوء.

تقنية
يبدأ استخدام تقنية robokasting بإنشاء صيغة ملف STL مع حساب حجم قطر فتحة التشكيل. يتم الحصول على الجزء الأول من المنتج الذي يتم إنتاجه بواسطة robocasting عن طريق بثق خيوط “الحبر” في الطبقة الأولى. بعد ذلك ، يتم إزاحة منطقة العمل أو ترتفع فتحة التشكيل ويتم تطبيق الطبقة التالية في المكان المطلوب. يتم تكرار هذا حتى يتم الانتهاء من المنتج. عند استخدام آليات التحكم العددي ، كقاعدة ، يتم التحكم في تحركات ثقب التشكيل بواسطة برنامج التطبيق الذي تم تطويره بواسطة CAM. تُستخدم محركات السائر والمحركات المؤازرة لتحريك ثقب التشكيل إلى أقرب نانومتر.

بعد أن يتم تصنيع المنتج بواسطة تقنية robokasting ، عادة ما يتم استخدام التجفيف وطرق أخرى لإعطاء المنتج الخواص الميكانيكية المطلوبة.

اعتمادا على تركيبة “الحبر” ، وسرعة الطباعة والظروف البيئية ، عادة ما يسمح لك robokasting بعمل تصميمات ذات طول كبير (أكبر بعدة مرات من قطر فتحة التشكيل) وغير مدعومة من القاع. وهذا يجعل من السهل جدًا صنع تصميمات ثلاثية الأبعاد لشكل معقد نوعًا ما ، وهو أمر مستحيل باستخدام تقنيات مضافة أخرى ، والتي تعد واعدة جدًا لإنتاج البلورات الفوتونية ، والترقيع العظمي ، والفلاتر ، وما إلى ذلك. يسمح Robokasting بطباعة المنتجات من أي شكل وفي أي موقف.

معالجة
تبدأ عملية Robocasting بعملية برمجية تقوم بتقطيع ملف STL (تنسيق ملف stereolithography) إلى طبقات ذات سمك مماثل لقطر الفوهة. يتم إنتاج الجزء عن طريق بث خيوط مستمرة من مادة الحبر بالشكل المطلوب لملء الطبقة الأولى. بعد ذلك ، إما أن يتم تحريك المرحلة لأسفل أو يتم تحريك الفوهة ويتم ترسيب الطبقة التالية في النموذج المطلوب. يتكرر هذا حتى اكتمال الجزء 3D. تستخدم آليات التحكم العددي عادةً لتحريك الفوهة في مسار أداة محسوب يتم إنشاؤه بواسطة حزمة برامج تصنيع بمساعدة الكمبيوتر (CAM). تستخدم محركات السائر أو المحركات المؤازرة عادةً لتحريك الفوهة بدقة فائقة مثل النانومترات.

الجزء عادة ما يكون هشًا وناعمًا جدًا في هذه المرحلة. عادة ما يتبع التجفيف ، التكسية والتلبد لإعطاء الجزء الخواص الميكانيكية المطلوبة.

اعتمادًا على تركيبة الحبر وسرعة الطباعة وبيئة الطباعة ، يمكن أن تتعامل عملية robocasting عادة مع متدرجات معتدلة ومناطق الامتداد الكبيرة عدة أضعاف قطر الفتيل في الطول ، حيث تكون البنية غير مدعومة من الأسفل. وهذا يسمح بطباعة السقالات الثلاثية الأبعاد المعقدة بسهولة ، وهي قدرة لا تمتلكها تقنيات تصنيع مضافة أخرى. وقد أظهرت هذه الأجزاء الوعد واسعة في مجالات البلورات الضوئية ، وزرع العظام ، ودعم المرشحات والمرشحات. علاوة على ذلك ، يمكن أيضًا طباعة الهياكل الداعمة من “الحبر المتسرب” الذي يمكن إزالته بسهولة. هذا يسمح تقريبا أي شكل ليتم طباعتها في أي اتجاه.

تطبيقات
يمكن أن تنتج هذه التقنية أجسامًا خزفية غير كثيفة جدًا وهشة جدًا ويجب تلبيتها قبل استخدامها في معظم التطبيقات ، وهو ما يشبه وعاء خزفي من الرمل الطيني قبل إطلاقه. يمكن تشكيل مجموعة متنوعة من الأشكال الهندسية المختلفة من التقنية ، بدءًا من الأجزاء الصلبة المتجانسة إلى “السقالات” المعقدة والمكونات المركبة المصممة. حتى تاريخه ، فإن أكثر التطبيقات التي تم بحثها في مجال robocasting هو إنتاج غرسات الأنسجة المتوافقة بيولوجيًا. يمكن تشكيل الهياكل الخشنة المكدسة “Woodpile” بسهولة تامة مما يسمح للعظم والأنسجة الأخرى في الجسم البشري بالنمو وفي النهاية استبدال الزرع. مع تقنيات المسح الطبية المختلفة تم تأسيس الشكل الدقيق للنسيج المفقود والإدخال في برامج النمذجة ثلاثية الأبعاد وطبعها. وقد تم على نطاق واسع استكشاف الكالسيوم والفوسفات والنظارات هيدروكسيباتيت كمواد المرشحة بسبب توافقها مع الحياة والتشابه الهيكلي للعظام. وتشمل التطبيقات المحتملة الأخرى إنتاج هياكل منطقة سطح عالية محددة ، مثل أسرة المحفز أو إلكتروليتات خلية الوقود. يمكن تشكيل مركبات متطورة من المصفوفة المعدنية والسيراميك الحاملة بواسطة أجسام خراطة متسللة مع نظارات منصهرة ، وسبائك أو ملاط.

كما تم استخدام Robocasting أيضًا لإيداع أحبار البوليمر وأحادية الهلامات من خلال أقطار فوهة أدق (<2μm) مما هو ممكن باستخدام الأحبار الخزفية.