کاربرد پرینترهای سه بعدی در کشاورزی

بستر های چاپ سه بعدی شده برای کشت گیاهان بدون خاک

دکترYuichiro Takeuchi  از شرکت Sony Computer Science Laboratories در مقاله ای با نام “هیدروپونیک قابل چاپ سه بعدی: یک خط لوله ساخت دیجیتال برای کشت گیاهان بدون خاک” تجربه خود درباره چاپ سه بعدی محیط کشت گیاهان برای سیستم رشد هیدروپونیک را ارائه داد. اجزای آب کشت های مختلف مانند نازل ها پیش از این توسط محققان چاپ سه بعدی شده اند.

کشت گیاهان بدون خاک با استفاده از پرینتر سه بعدی

هیدروپونیک یا آب کشت، رشد گیاهان بدون استفاده از خاک است. گیاهان آب و مواد مغذی را به وسیله سیستم های قطره ای یا حوضچه ای دریافت می کنند. مزایای آب کشت عبارتند از: محصولات بزرگتر، کنترل بیشتر مواد غذایی و سطوح PH و مصرف آب کمتر، زیرا هر چیزی که توسط ریشه جذب نشود می تواند از طریق سیستم بازیافت شود. بدیهی است، آب کشت ها در مناطقی که پیدا کردن خاک مناسب سخت و یا گران است بسیار مفید می باشد.

جایگزینی خاک :

از آن جایی که می خواهیم خاک را جایگزین کنیم، خصوصیت های ضروری خاک که گیاهان به آن نیاز دارند باید تکرار شوند: احتباس آب، نفوذ پذیری اکسیژن و ساختار پشتیبانی که بتواند گیاهان را به طور ایمن و بدون محدود کردن رشد ریشه نگه دارد جزو این خصوصیات می باشند . دکتر Takeuchi تمام این صفات را قبل از ساخت بستر پرینتر سه بعدی شده خود در نظر گرفت و چندین پلاستیک مختلف را برای یافتن بهترین گزینه آزمایش کرد.

او مواد ABS، PLA، TPU (انعطاف پذیر)، و SBSرا مورد آزمایش قرار داد. در بین این مواد تنها SBS نتایج مثبتی از خود نشان داد که احتمالا به خاطر الاستیسیته آن بود. هر چه پلاستیک ها سخت تر بودند، ریشه های گیاهان بیشتر محدود شده و در نهایت موجب خشک شدن گیاهان می شدند. دکترYuichiro Takeuchi برای رسیدن به تخلخل مناسب جهت رفع محدودیت رشد ریشه ها، فیلامنت کامپوزیت تشکیل شده از ۷۰٪ SBS و ۳۰٪ PVA (ماده ای که به علت قابلیت حل شدنش در آب عمدتاَ برای ساختار های پشتیبانی مورد استفاده قرار می گیرد) را تولید کرد. با شستن سطوح چاپ شده در آب، آنها متخلخل می شوند.

انواع مختلفی از گیاهان مانند کاهو، ریحان، آفتابگردان و گوجه فرنگی به طور موفقیت آمیز در بستر چاپ سه بعدی شده رشد کردند. یک تست عملکردی که در آن شش مجموعه کاهو دربستر هایی از جنس SBS متخلخل، اسفنج و پشم شیشه رشد کردند نشان داد که SBS می تواند عملکردی مشابه عملکرد بسترهای سنتی برای گیاهان فراهم کند. برخی از جلبک ها بر روی بستر SBS رشد کردند. این موضوع نشان می دهد که ممکن است گلسنگ ها و قارچ ها نیز بتوانند در بستر های چاپ سه بعدی شده رشد کنند.

نتایج :

این نتایج امیدوار کننده است زیرا SBS برای رشد گیاهان طراحی نشده است. با انجام تحقیقات بیشتر ممکن است مواد ایده آل تر و یا روش های چاپ سه بعدی جدید توسعه یابد. با توجه به افزایش شهرنشینی، کشاورزی و کشت در محیط داخلی به سرعت رشد کرده است. بنابراین ساده سازی طراحی، نصب و بهره برداری از این سیستم ها می تواند بسیار مفید باشد.

این مفهوم با چاپگرهای سه بعدی در مقیاس بزرگ، بزرگتر می شود و بستر ها می توانند بسته به هندسه ایده آل برای یک گیاه خاص چاپ سه بعدی شوند. لوله های آبیاری و نقاط  دسترسی برای تعمیر و نگهداری نیز می توانند در پایه های بستر برای ساده تر شدن سیستم ها گنجانده شوند. چنین بسترهای چاپ سه بعدی شده ای می تواند حتی برای رشد میوه ها با اشکال سفارشی نیز مورد استفاده قرار گیرد.