Новий 3D-принтер на основі світла може створити інструменти космічного корабля в нульовій гравітації

Нова технологія 3D-друку обіцяє виготовляти предмети з використанням променів світла, допомагаючи всім професіоналам - від зоологів до людей на космічних кораблях, яким необхідно робити інструменти в невагомості.

Методика, описана в документі, опублікованому в четвер Наука включає світні промені світла на жовтою світлочутливою рідиною для створення твердих предметів. Ось як працює ця нова техніка: вчені створюють 3D-модель об'єкта, який вони бажають, створюють фільм і використовують проектор для передачі інформації в обертовий циліндр. Характер рідини означає, що користувачі можуть укладати інші об'єкти в смолі; Створення ручки викрутки навколо шматка металу є одним з таких прикладів.

Про це розповідає Хайден Тейлор, доцент кафедри машинобудування в Університеті Каліфорнії і старший автор статті Обернено що ця нова технологія 3D-друку використовує існуюче обладнання, але робить більш складне використання свого програмного забезпечення.

«Апарат, необхідний для нового процесу, по суті простий: він потребує відеопроектора, який може бути стандартним проектором, і постійно обертається об'єм світлочутливого матеріалу, - каже Тейлор. Важливою складовою, як він пояснює, є розрахунки, які використовуються для перекладу 3D-моделі у відео - але навіть це може бути здійснено за допомогою персонального комп'ютера.

Принтер був розроблений на основі сканувань комп'ютерної томографії, які лікарі використовують для виявлення пухлин, посилаючи електромагнітні хвилі в організм. Команді потрібно було обчислити, скільки світла потрібно відправляти, а коли повний циліндр обертається. Коли світло потрапляє на смолу, світлочутливі молекули виснажують розчинений кисень, створюючи тверду структуру. Залишковий матеріал повторно використовується для інших проектів, і цей метод практично не створює відходів.

Це відбувається в той час, коли 3D-друк переживає щось відродження, після масової ажіотажі навколо області в 2013 році. За останні два місяці, дослідники з Колумбійського університету відкрили шлях до 3D-друку деревини, інша команда продемонструвала, як користувачі можуть створити цілу сцену весілля, і дослідники з Університету Мічигану створили метод, який може друкувати об'єкти в 100 разів швидше, ніж раніше.

Типові 3D-принтери, як правило, працюють як їхні паперові колеги, поширюючи або пластик АБС, або полімолочну кислоту, щоб поступово формувати об'єкти. Цей метод, відомий як моделювання плавленого осадження, прагне виробляти об'єкти з високою швидкістю, але з низькою точністю.

"Ми не друкуємо пошарові, як це традиційно", говорить Тейлор. "У деяких інших процесах використання шарів може призвести до появи внутрішніх порожнин або дефектів і призведе до менш гладкої поверхні, яка може зменшити міцність або зробити сильну спрямованість".

Альтернативна методика, відома як стереолітографія, використовувана командою в Мічиганському університеті, використовує ультрафіолетовий лазер для створення об'єкта в смолі. Це звучить подібно до техніки, яку використовувала команда Тейлора обчислена осьова літографія - Існують деякі цікаві відмінності між методами в цій новій ері 3D друку.

"Ми не малюємо компонент по прямій лінії, а замість цього обертаємо обсяг друку відносно джерела світла", - говорить Тейлор. Це означає, що ми можемо створити всі точки 3D-об'єкта одночасно, а не послідовно.

«Крім того, в процесі нашого процесу відсутній рух друкованого об'єкта щодо навколишнього матеріалу під час друку. Це безпрецедентний аспект нашого підходу, який дозволяє друкувати в надзвичайно високих в'язких матеріалах і виключає обмеження швидкості друку, які можуть бути накладені на інші процеси потоком рідини.

Як ця нова техніка може бути використана на борту космічних кораблів

Техніка навіть може виявитися корисною для космонавтів у космосі. Тейлор каже, що "безсумнівно мислимо, що частини, зроблені обчисленою осьовою літографією можуть бути використані в космосі", додавши, що "я вважаю, що невагомість може бути додатковою перевагою для цього процесу".

Основна проблема використання CAL на Землі полягає в тому, що об'єкт може занурюватися в смолу під час його відтворення. Команда розробила смолу таким чином, щоб об'єкт не товпився під час процесу друку будь-якою вимірюваною відстанню, але робота в умовах зниженої гравітації могла б зробити цю зміну ще меншою.

Якщо Елон Маск і подібні досягають своєї мрії про відправлення людей на Марс і початок колонії, можливо, вони відправлять своїх дослідників на червону планету з проектором і гігантським чаном смоли, готовим виготовити власні інструменти. Принаймні, вони мають щось використовувати для перегляду фільмів.

Прочитайте реферат статті під назвою «Об'ємне адитивне виробництво за допомогою томографічної реконструкції» нижче:

Адитивне виробництво обіцяє величезну геометричну свободу і можливість об'єднати матеріали для складних функцій. Обмеження швидкості, геометрії та якості поверхні аддитивних процесів пов'язані з залежністю від шарів матеріалу. Ми продемонстрували паралельний друк всіх точок у тривимірному об'єкті, висвітлюючи обертовий обсяг фоточутливого матеріалу з динамічно розвивається світловим малюнком. У розробці акрилатних полімерів ми роздруковуємо особливості розміром до 0,3 мм, а також друкуємо м'які структури з виключно гладкими поверхнями в гідрогель метакрилату желатину. Наш процес дозволяє побудувати компоненти, які охоплюють інші вже існуючі тверді об'єкти, дозволяючи виготовляти багато матеріалів. Ми розробили моделі для опису можливостей швидкості та просторового дозволу. Ми також демонстрували час друку 30-120 с для різноманітних сантиметрових об'єктів.