CNC3D-printer.com

CNC3D-printer.com


Статьи 3Dprinter Поиск МагазинРегистрация


Команда исследователей представила перспективный метод объемной 3D-печати




Команда исследователей представила перспективный метод объемной 3D-печати

 

Команда исследователей из Ливерморской национальной лаборатории им. Лоуренса (LLNL) в Калифорнии совместно с сотрудниками калифорнийского университета в Беркли только что опубликовала в журнале Science статью об объемной 3D-печати под названием «Volumetric additive manufacturing via tomographic reconstruction». Соавторами статьи являются Бретт Э. Келли (Brett E. Kelly), Индрасен Бхаттачарья (Indrasen Bhattacharya), Хоссейн Хейдари (Hossein Heidari), Максим Шустефф (Maxim Shusteff), Кристофер М. Спадаччини (Christopher M. Spadaccini) и Хайден К. Тейлор (Hayden K. Taylor).

«Это первый случай, когда нам не нужно создавать производимые на заказ 3D детали послойно. Это делает 3D-печать по-настоящему трехмерной», – пояснил Бретт Келли, соавтор статьи.

Проект можно считать развитием еще одной разработки, представленной учеными LLNL в декабре 2017 года и основанной на засветке смол пересекающимися лазерными лучами, при этом главная сложность заключалась в необходимости точной калибровки излучателей.

В описанном в статье варианте такая необходимость отсутствует, так как объект формируется одним проектором, последовательно воспроизводящим около полутора тысяч изображений. Фактически данные изображения представляют собой «снимки» будущего изделия с различных ракурсов. Другими словами, если первый вариант представлял собой разновидность лазерной голографии, то новая система напоминает томографию, только наоборот.

Команда исследователей представила перспективный метод объемной 3D-печати

Команда назвала свой новый 3D-принтер «the Replicator» в честь вымышленного устройства Star Trek, способного материализовать любой объект нажатием кнопки.

Джереми Томас (Jeremy Thomas), представитель LLNL, сказал: «Хотя это похоже на научную фантастику, это не так, благодаря ученым и инженерам из LLNL и калифорнийского университета в Беркли, которые разработали совершенно новый метод высокоскоростной 3D-печати получивший название Вычисляемая осевая литография (Computed Axial Lithography CAL)».

Разработанная технология CAL избирательно отверждает светочувствительную жидкость в ограниченном объеме.

Если в обычных стереолитографических 3D-принтерах отверждение фотополимерной смолы происходит слой за слоем, то в разработанной калифорнийскими учеными технологии применяется ротационный метод: вместо резервуара используется прозрачный контейнер с вязкой, липкой светочувствительной смолой, а засветка осуществляется проектором, но не в горизонтальной, как обычно, а в вертикальной плоскости с одновременным вращением контейнера. Проецируемое изображение меняется в зависимости от угла поворота платформы.

Команда исследователей представила перспективный метод объемной 3D-печати

После чего, неотверждённый материал смывается растворителем, иногда в сочетании с умеренным нагревом для разжижения или снижения вязкости неотвержденного материала, оставляя за считанные минуты полностью сформированный 3D-объект.

«По сути, это видеопроектор, который я в буквальном смысле привез из дома, подключенный к ноутбуку и проецирующий серию изображений, пока цилиндрическая емкость с фотополимерной смолой вращается на поворотной платформе. Очевидно, в этом есть много тонкостей, связанных с составом фотополимера и, прежде всего, расчетом изображений, которые будут проецироваться, но барьер для создания очень простой версии этого инструмента не так высок», – объяснил Хейден Тейлор, доцент кафедры машиностроения в Калифорнийском университете в Беркли.

По словам ученых, такой метод позволяет избегать «эффекта ступенек» по краям, характерных для изделий, напечатанных с помощью обычных стереолитографических 3D-принтеров.

И это не только вопрос эстетики, ведь послойное построение приводит к снижению изотропности, а, следовательно, и ухудшению физико-механических свойств получаемых деталей, ухудшению качества поверхности, ограничению геометрических возможностей, повышению требований к последующей обработке. Кроме того, в представленной методике нет необходимости в формировании опорных структур.

Команда исследователей представила перспективный метод объемной 3D-печати

Ключевой момент технологии заключается в светочувствительности используемого фотополимера: так как изделие формируется в центре емкости, свет должен проходить через толщу материала без паразитной засветки, то есть отверждение должно происходить только после того, как необходимые участки получат необходимую дозу излучения.

Используемая смола состояла из жидких полимеров смешанных с светочувствительными молекулами и жидким кислородом. Молекулы активируются светом, который истощает кислород и только в тех областях, которые были лишены достаточно кислорода смола из жидкого состояния превращается в твердое вещество. Кроме того, неиспользованная смола может быть переработана путем нагревания в кислородной среде.

Хейдари, аспирант лаборатории Тейлора в Калифорнийском университете в Беркли, сказал: «Наша методика практически не приводит к отходам материала, а неотвержденный материал можно использовать на 100%. Это еще одно преимущество 3D-печати без использования поддержек».

Новый 3D-принтер способен создавать более гладкие, более сложные и гибкие объекты, а также может использоваться для создания 3D-структур вокруг уже существующих твердых тел, например, для создания рукоятки вокруг стержня металлической отвертки….

Команда исследователей представила перспективный метод объемной 3D-печати

Исследователи также создали множество объектов, таких как модель челюстной кости и крошечная модель статуи Родена «Мыслитель», чтобы протестировать свой 3D-принтер.

Важно отметить что, для того чтобы создавать более стабильные структуры, разработчикам необходимо завершить разработку полимерной смолы для улучшения ее свойств. Кроме того, разработчики в настоящий момент могут печатать только 3D-объекты диаметром до четырех дюймов.

Хотя это действительно интересная технология, но это все еще в значительной степени лабораторная технология, которая еще далека от возможности использовать ее в коммерческих целях на данный момент. Пока еще рано говорить сколько потребуется времени на то, чтобы она стала коммерчески успешной технологией.

С докладом научной команды можно ознакомиться по этой ссылке.

 

 


Вы можете стать первым