3D печатът става 100 пъти по-бърз чрез… светлина

Новата технология за 3D печат е многократно по-бърза (източник: Evan Dougherty, Michigan Engineering)

Вместо напластяване на материала слой по слой, така нареченото 3D печатане може да се случва по друг начин, който е до 100 пъти по-бърз от конвенционалните процеси на триизмерно печатане. Новата технология използва два вида светлина, за да управлява процеса на втвърдяване на смолата, от която се изработват изделията.

Вече е широко разпространена идеята, че 3D печатът може да промени драстично някои индустрии, тъй като позволява бързо произвеждане на ограничен брой еднакви артикули, например 10 000. Най-популярният метод на 3D печат обаче представлява нещо като наслояване на тънки пластове материал чрез своеобразен „шприц“, докато най-сетне се оформи желаният обект. По този начин артикулите се изработват много бавно.

„Използването на конвенционални подходи не е приложимо, освен ако нямате стотици машини”, казва Тимъти Скот, доцент по химическо инженерство в Университета в Мичиган. Той е съавтор на разработката на новия метод за триизмерен печат заедно с колегата си проф. Марк Бърнс от същия университет.

Техният метод втвърдява течна смола, положена във ваничка, използвайки светлина, за да контролира къде смолата се втвърдява къде остава течна. Това дава възможност на екипа да втвърди смолата под формата на всякакви сложни модели.

3D-принтиран модел от екипа на Тимъти Скот и Марк Бърнс (източник: Martin de Beer, Burns Lab, Michigan Engineering)

Изследователите могат да направят 3D барелеф с „един [светлинен] изстрел”, а демонстрираните до момента изделия включват далеч по-сложни форми. „Това е един от първите истински 3D принтери, правени някога”, казва Бърнс, който е професор по химическо и биомедицинско инженерство.

Предимството

По този метод могат да бъдат произвеждани изделия с голяма здравина, особено ако се използват добавки за якост. Методът подобрява структурната цялост на 3D печата, тъй като изработваните обекти нямат слаби места както тези, изработвани чрез напластяване, защото ги няма слабите места в интерфейсите между слоевете. „По този начин можете да получите много по-твърди, много по-устойчиви на износване материали”, казва Скот.

Предизвикателството

Всичко звучи лесно, но на практика не е точно така. Необходимо било да се преодолеят някои ограничения на този нов вид 3D печатане, а именно – че смолата има склонност да се втвърдява точно в „прозореца“, през който преминава светлината, формираща изделието. Това, кратко казано, спира процеса на печата точно когато той започва.

 

Първото решение на проблема с втвърдяването на прозореца било да се създаде прозорец, през който преминава кислород. Кислородът прониква в смолата и прекъсва втвърдяването близо до повърхността, оставяйки филм от течност, който позволява на новоотпечатаната повърхност да бъде извадена от ваната.

Но тъй като този слой е твърде тънък, смолата трябва да бъде много течна, за да се движи достатъчно бързо в малкия процеп между нововтвърдения обект и прозореца, когато артикулът бива изтеглян от ваната. А това ограничава възможностите за създаване на различни продукти.

Чрез заместване на кислорода с втори светлинен лъч, който спира втвърдяването, екипът от Мичиган успял да създаде много по-голям отвор между обекта на печат и прозореца – дебел няколко милиметра, позволявайки на смолата да изтича бързо и лесно.

Ключът към успеха

Той е заложен в самата химия на смолата. В конвенционалните системи има само една химична реакция. Фотоактиваторът втвърдява смолата навсякъде, където се яви светлина. В системата на Мичиган обаче има и фотоинхибитор, който отговаря на различна дължина на вълната на светлината.

Доклад за метода бе публикуван в сп. Science Advances. Учените вече са подали три патентни заявки, за да защитят създадения от тях иновативен процес, а Скот се готви да основе частна компания, която да поеме комерсиализацията на технологията.