Naujasis, šviesos pagrindu sukurtas 3D spausdintuvas gali sukurti erdvėlaivio įrankius „Zero Gravity“

Naujasis 3D spausdinimo būdas žada amatų objektams, naudojant šviesos spindulius, padedant visiems profesionalams - nuo zoologijos iki žmonių, gyvenančių kosminiuose laivuose, kuriems reikia nulio sunkumo.

Technika, aprašyta žurnale, paskelbtame ketvirtadienį Mokslas, apima šviesius spindulius spinduliuojant į geltoną šviesą jautrią skystį, kad būtų sukurti kieti objektai. Štai kaip veikia šis naujas metodas: Mokslininkai sukuria norimo objekto 3D modelį, sukuria filmą ir naudoja projektorių, kad informacija būtų perduodama į besisukantį cilindrą. Skysčio pobūdis reiškia, kad vartotojai gali dengti kitus dervos objektus; Vienas iš tokių pavyzdžių yra sukant atsuktuvų rankeną aplink metalo gabalą.

Kalifornijos universiteto mechanikos inžinerijos docentas Haydenas Tayloras ir vyriausiasis rašytojo autorius Inversinis kad ši nauja 3D spausdinimo technika naudoja esamą aparatinę įrangą, bet daro sudėtingesnį jos programinės įrangos naudojimą.

„Naujam procesui reikalingas aparatas yra paprastas: jam reikalingas vaizdo projektorius, kuris gali būti standartinis projektorius išjungti, ir nuolat besisukantis šviesos jautrios medžiagos tūris“, - sako Tayloras. Jis aiškina, kad sudėtinga dalis - tai skaičiavimai, naudojami 3D modeliui versti į vaizdo įrašą, bet netgi „gali būti atliekami su asmeniniu kompiuteriu, jei reikia.“

Spausdintuvas buvo suprojektuotas žiūrint į kompiuterinius tomografijos nuskaitymus, kuriuos gydytojai naudoja, kad surastų navikus siunčiant elektromagnetines bangas į kūną. Komandai reikėjo apskaičiuoti, kiek šviesos reikia siųsti ir kada sukasi cilindro pilnas derva. Kadangi šviesa patenka į dervą, šviesai jautrios molekulės išeikvoja ištirpusį deguonį ir sukuria tvirtą struktūrą. Likusi medžiaga yra pakartotinai naudojama kitiems projektams, o metodas praktiškai nesukelia atliekų.

Jis ateina tuo metu, kai 3D spausdinimas patiria kažką renesanso, po 2013 m. Masinės hipotezės aplink miestą. Per pastaruosius du mėnesius vien Kolumbijos universiteto mokslininkai atrado kelią į 3D spausdintą medieną, kita komanda parodė, kaip vartotojai gali sukurkite visą vestuvių sceną, o Mičigano universiteto mokslininkai sukūrė metodą, kuris gali spausdinti objektus 100 kartų greičiau nei anksčiau.

Tipiški 3D spausdintuvai yra linkę dirbti kaip ir jų popieriaus pagrindu veikiantys popieriai, padengiantys ABS plastiką arba polikto rūgštį, kad palaipsniui susidarytų objektai. Šis metodas, vadinamas lydyto nusodinimo modeliavimu, yra linkęs gaminti daiktus dideliu greičiu, bet mažu tikslumu.

„Mes nespausdiname sluoksnio, kaip yra tradicinis“, - sako Tayloras. „Kai kuriuose kituose procesuose sluoksnių naudojimas gali sukelti vidinius tuštumus ar defektus, todėl paviršius bus ne toks sklandus, kuris gali sumažinti stiprumą arba sustiprinti stiprumą.“

Alternatyvus metodas, žinomas kaip stereolitografija, naudojamas Mičigano universiteto komandoje, naudoja ultravioletinį lazerį, kad sukurtų objektą dervoje. Tai panaši į techniką, kurią naudoja „Taylor“ komanda apskaičiuota ašinė litografija - tačiau yra keletas įdomių technikos skirtumų šiame naujajame 3D spausdinimo eroje.

„Mes neimame komponento tiesia linija, o pasukame spausdinimo tūrį, palyginti su šviesos šaltiniu“, - sako Tayloras. „Tai reiškia, kad mes galime tikrai sukurti visus 3D objekto taškus, o ne nuosekliai.

„Be to, mūsų proceso metu spausdinimo metu spausdinamo objekto judėjimas nėra susijęs su aplinkine medžiaga. Tai yra precedento neturintis mūsų požiūrio aspektas, leidžiantis spausdinti į išskirtinai didelio klampumo medžiagas ir pašalinti spausdinimo greičio apribojimus, kurie gali būti taikomi kitiems procesams skysčio tekėjimo metu. “

Kaip ši nauja technika gali būti naudojama kosminiuose laivuose

Ši technika netgi gali būti naudinga kosminiams astronautams. Tayloras teigia, kad „tikrai įmanoma, kad dalys, pagamintos iš apskaičiuotos ašinės litografijos, galėtų būti naudojamos erdvėje“, pridurdamas, kad „aš spėčiau, kad beprasmė iš tikrųjų galėtų būti papildoma nauda procesui“.

Pagrindinė problema, susijusi su KAL naudojimu Žemėje, yra ta, kad objektas gali nusodinti dervoje, kaip ji yra teikiama. Komanda suprojektavo dervą taip, kad objektas negręžtų spausdinimo proceso metu bet kokiu išmatuojamu atstumu, tačiau darbas sumažintame svoryje gali padaryti šį pakeitimą dar mažesnį.

Jei Elonas Muskus ir pan. Svajonė išsiųsti žmones į Marsą ir pradėti koloniją, galbūt jie išsiųs savo tyrinėtojus į raudonąją planetą su projektoriumi ir milžinišku dervos indu, pasiruošusiu dirbti savo įrankiais. Bent jau jie turėtų ką nors naudoti filmams žiūrėti.

Skaitykite popieriaus santrauką, pavadintą „Volumetrinis priedų gamyba naudojant tomografinį rekonstrukciją“:

Priedų gamyba žada didžiulę geometrinę laisvę ir galimybę derinti medžiagas sudėtingoms funkcijoms. Priedų procesų greitis, geometrija ir paviršiaus kokybės apribojimai yra susiję su priklausomybe nuo medžiagų sluoksnio. Mes parodėme visus trimačio objekto taškus vienu metu spausdinant, šviečiant šviesos jautrios medžiagos, turinčios dinamiškai besikeičiantį šviesos modelį, sukamąjį tūrį. Technikos akrilato polimeruose spausdiname ne mažiau kaip 0,3 mm, o taip pat spausdinant minkštas struktūras su išskirtinai lygiais paviršiais į želatinos metakrilato hidrogelį. Mūsų procesas leidžia mums sukurti komponentus, kurie apima kitus jau egzistuojančius kietus objektus, leidžiančius gaminti daugybę medžiagų. Mes sukūrėme modelius greičio ir erdvinės skiriamosios gebos aprašymui. Taip pat parodėme 30–120 s spausdinimo laiką įvairiems centimetriniams objektams.