Przyspieszenie drukowania 3D

Drukarki 3D mogą wytwarzać przedmioty, których wykonanie jest niemożliwe lub kosztowne przy użyciu formowania, frezowania i innych konwencjonalnych procesów produkcyjnych. Jednak drukarki te działają zbyt wolno, aby mogły być szeroko stosowane w fabrykach.

1. Technik dobrze wlewa lepkie prekursory polimerów do drukarki. Okienko na dole przepuszcza światło z znajdującego się pod spodem projektora ultrafioletowego i jest przepuszczalne dla tlenu.

Dzieje się tak, ponieważ dzisiejsza wersja technologii buduje obiekty jedna warstwa na raz. Zasadniczo jest to druk 2D w kółko, mówi inżynier chemik Joseph DeSimone, założyciel i dyrektor generalny Carbon 3D, start-upu w Redwood City w Kalifornii. Jego firma twierdzi, że dysponuje technologią, która jest od 25 do 100 razy szybsza, w zależności od przedmiotu i materiału.

Ta historia była częścią naszego wydania z lipca 2015 r.

• Zobacz resztę numeru
• Subskrybuj

DeSimone ma nadzieję, że drukarki Carbon 3D zostaną wykorzystane do produkcji części do samolotów lub samochodów, które będą mocniejsze, a jednocześnie lżejsze niż te używane obecnie, co pomoże zmniejszyć zużycie paliwa. Chce też umożliwić szybkie drukowanie niestandardowych podeszew butów, dopasowanych do dziwactw poszczególnych łuków, a także umieszczać drukarki na salach operacyjnych, aby generować stenty dopasowane do tętnic pacjentów.

2-4. Ramka po klatce światło ultrafioletowe rzutuje wzór do kąpieli chemicznej. Część światła jest widoczna jako fioletowa poświata.

5-6. Gdy odsłonięte prekursory chemiczne twardnieją, mechaniczne ramię wyciąga rosnący obiekt z wanny. Cienka warstwa tlenu na dnie wanny zapobiega przywieraniu twardniejących wzorów.

7. Technik usuwa gotowy przedmiot, którego wydruk zajęło 17 minut. Firma twierdzi, że tę strukturę można wykonać w siedem minut, jeśli proces nie zostanie spowolniony w przypadku zdjęć.

8. To jest powiększony model budowy kości. Takiego wzoru nie można wykonać za pomocą formy, a wyfrezowanie materiału z litego bloku polimerowego byłoby bardzo skomplikowane.

Model Wieży Eiffla wykonany z żywicy.

9. Wzór rozpórek wewnątrz tego wydrukowanego w 3D cylindra z twardej żywicy dodaje dodatkowej wytrzymałości bez zwiększania wagi. Według firmy ten rodzaj konstrukcji może zostać wykorzystany do zastąpienia metalowych konstrukcji wsporczych w siedzeniach samolotów.

10–11 Drukarki mogą również budować przedmioty z sprężystych, elastycznych elastomerów, które mogą być dobrze dopasowane do elementów noszonych, takich jak podeszwy butów i słuchawki. Elastomery są niezgodne z tradycyjną produkcją addytywną, mówi DeSimone.

Proces Carbon 3D jest odmianą metody zwanej stereolitografią, która wykorzystuje rzutowane wzory światła ultrafioletowego do katalizowania tworzenia stałych polimerów z kałuży żywicy. Stereolitografia jest zwykle procesem typu „stop-and-start” — drukowany obiekt przykleja się do dna dowolnego naczynia, w którym się znajduje i musi być podważany po każdym błysku światła. Powtarzanie tego procesu z każdą warstwą jest powolne i pozostawia gotowy obiekt mechanicznie słaby, gdzie każda warstwa łączy się z drugą.

W wersji Carbon 3D kałuża płynnej żywicy znajduje się w naczyniu z okienkiem na dole. Okienko jest przepuszczalne jak soczewka kontaktowa, więc przepuszcza nie tylko światło, ale także tlen, który hamuje reakcję chemiczną na tyle, aby zapobiec zestalaniu się polimeru na dnie. Dzięki temu Carbon 3D może nieprzerwanie drukować jedną warstwę na drugiej, co znacznie przyspiesza proces, a uzyskane materiały są silniejsze, mówi DeSimone. Wygląda jak coś wyrastającego z kałuży, mówi.

Inni badacze zademonstrowali systemy drukowania, które zawierają niektóre techniki stosowane w maszynach Carbon 3D, a niektóre z tych metod mogą drukować funkcje z wyższą rozdzielczością niż proces firmy. DeSimone, który założył Carbon 3D w 2013 roku i jest na urlopie z University of North Carolina, aby pracować w firmie, ma 51 milionów dolarów na dalszy rozwój drukarek i materiałów polimerowych, które będą jego pierwszymi produktami. W marcu tego roku firma wyszła z trybu ukrycia z Nauka artykuł opisujący technologię i urzekający film przedstawiający mały niebieski model wieży Eiffla wyłaniający się szybko z lepkiego małego basenu.

DeSimone mówi, że podczas gdy większość komercyjnych systemów druku 3D została zaprojektowana przez inżynierów mechaników, jego koncentracja na chemii wyróżnia Carbon 3D. Chcemy oferować materiały o niespotykanych wcześniej właściwościach – mówi.

ukryć