Нов 3D светлинен принтер може да създаде инструменти за космически кораби при нулева гравитация

Нова техника за 3D печат обещава да изработи обекти, използващи светлинни лъчи, подпомагайки всякакви професионалисти - от зоолози до хора на борда на космически кораби, които трябва да правят инструменти в гравитация.

Техниката, описана в доклад, публикуван в четвъртък в списанието наука, включва блестящи светлинни лъчи върху жълта светлочувствителна течност, за да се създадат твърди предмети. Ето как работи тази нова техника: Учените създават 3D модел на обекта, който желаят, създават филм и използват проектор, за да излъчват информацията в въртящ се цилиндър. Естеството на течността означава, че потребителите могат да обгръщат други обекти в смола; един такъв пример е създаването на дръжка за отвертка около парче метал.

Хейдън Тейлър, асистент по машинно инженерство в Калифорнийския университет и старши автор на статия, разказва обратен че тази нова 3D техника за печат използва съществуващ хардуер, но прави по-сложна употреба на софтуера си.

„Апаратът, необходим за новия процес, е по същество прост: изисква видеопроектор - който може да бъде стандартен прожекционен апарат - и постоянно въртящ се обем на светлочувствителния материал“, казва Тейлър. Трудната част, обяснява той, са изчисленията, използвани за превеждане на 3D модела във видеоклип, но дори и това може да бъде извършено с персонален компютър, ако е необходимо.

Принтерът е проектиран от компютърни томографски сканирания, които се използват от лекарите за намиране на тумори чрез изпращане на електромагнитни вълни в тялото. Екипът трябваше да изчисли колко светлина да изпрати и кога, докато цилиндърът се завъртя напълно. Когато светлината удари смолата, фоточувствителните молекули разрушават разтворения кислород, за да създадат солидна структура. Остатъчният материал може да се използва повторно за други проекти, като методът не създава практически никакви отпадъци.

Той идва в момент, когато 3D печатането преживява нещо като ренесанс, след масовия шум около областта през 2013 г. Само последните два месеца, изследователи от Колумбийския университет са открили начин за 3D печат на дърво, друг екип демонстрира как потребителите могат създайте цяла сватбена сцена, а изследователи от университета в Мичиган са създали метод, който може да печата обекти 100 пъти по-бързо от преди.

Типичните 3D принтери са склонни да работят като техните хартиени колеги, наслоявайки или ABS пластмаса, или полимлечна киселина, за да образуват постепенно обекти. Тази техника, известна като моделиране на разтопено отлагане, има тенденция да произвежда обекти с висока скорост, но с ниска точност.

"Ние не печатаме послойно, както е традиционно", казва Тейлър. "При някои други процеси използването на слоеве рискува да предизвика вътрешни кухини или дефекти и води до по-малко гладка повърхност, като и двете могат да намалят силата или да направят силата силно насочена."

Алтернативна техника, известна като стереолитография, използвана от екипа на университета в Мичиган, използва ултравиолетов лазер за създаване на обект в смола. Звучи подобно на техниката, използвана от екипа на Тейлър изчислена аксиална литография - Но има някои интересни различия между техниките в тази нова ера на 3D печат.

„Ние не изтегляме компонента в права линия, а вместо това въртим обема на печатане спрямо източника на светлина”, казва Тейлър. „Това означава, че можем наистина да създадем всички точки на 3D обект едновременно, а не последователно.

„Също така, в нашия процес, по време на отпечатването няма движение на отпечатания обект по отношение на заобикалящия го материал. Това е безпрецедентен аспект на нашия подход, който ни позволява да печатаме в изключително високи вискозитетни материали и елиминира ограниченията на скоростта на печат, които могат да бъдат наложени на други процеси чрез флуиден поток.

Как тази нова техника може да се използва на борда на космически кораби

Техниката може дори да се окаже полезна за астронавтите в космоса. Тейлър казва, че е "сигурно, че части, направени от изчислена аксиална литография могат да бъдат използвани в космоса", добавяйки, че "бих предположил, че безтегловността всъщност може да бъде допълнителна полза за процеса."

Основният проблем при използването на ЛКД на Земята е, че обектът може да потъне в смолата, докато се визуализира. Екипът е проектирал смолата така, че обектът да не потъне по време на печатния процес с някакво измеримо разстояние, но работата в намалена гравитация може да направи тази промяна още по-малка.

Ако Елон Муск и други подобни постигнат мечтата си да изпратят хора на Марс и да започнат колония, може би те ще изпратят своите изследователи на червената планета с проектор и гигантска вана смола, готови да изработят свои собствени инструменти. Поне ще имат какво да използват за гледане на филми.

Прочетете резюмето на доклада, озаглавен „Производство на обемна добавка чрез томографска реконструкция“ по-долу:

Производството на добавки обещава огромна геометрична свобода и потенциал за комбиниране на материали за сложни функции. Ограниченията на скоростта, геометрията и качеството на повърхността на адитивните процеси са свързани с зависимостта от наслояването на материалите. Показахме едновременното отпечатване на всички точки в триизмерен обект чрез осветяване на въртящ се обем от фоточувствителен материал с динамично развиващ се светлинен модел. Отпечатваме функции с малък размер от 0,3 мм в инженерните акрилатни полимери, както и печатаме меки структури с изключително гладки повърхности в желатинов метакрилат хидрогел. Нашият процес ни позволява да конструираме компоненти, които обгръщат други съществуващи твърди обекти, позволяващи мултиматериално производство. Ние разработихме модели за описание на възможностите за скорост и пространствена резолюция. Също така показахме време за печат от 30-120 сек. За различни обекти от сантиметър.