Нови 3Д штампач заснован на светлости могао би да створи алате за свемирске бродове у нултој гравитацији

Нова техника 3Д штампања обећава да ће правити предмете користећи светлосне зраке, помажући свим врстама професионалаца - од зоолога до људи на свемирским бродовима који треба да направе алате у нултој гравитацији.

Техника, описана у раду објављеном у четвртак у часопису Наука, укључује сјајне зраке светлости на жуту течност осетљиву на светло да би се створили чврсти предмети. Ево како ова нова техника функционише: Научници креирају 3Д модел објекта који желе, креирају филм и користе пројектор за пренос информација у ротирајући цилиндар. Природа течности значи да корисници могу обложити друге предмете у смоли; Један такав пример је прављење дршке одвијача око комада метала.

Хаиден Таилор, доцент машинског инжењерства на Универзитету у Калифорнији и виши аутор рада, каже Инверсе да ова нова техника 3Д штампања користи постојећи хардвер, али чини софистициранију употребу свог софтвера.

"Апарат који је потребан за нови процес је сам по себи једноставан: захтева видео пројектор - који би могао бити стандардни пројектор - и стално ротирајући волумен материјала осетљивог на светлост", каже Таилор. Заносан део, објашњава он, су прорачуни који се користе за превођење 3Д модела у видеозапис - али чак и то да се "може извести са персоналним рачунаром ако је потребно".

Штампач је дизајниран тако да прегледа скенирања компјутеризоване томографије, које лекари користе за проналажење тумора слањем електромагнетних таласа у тело. Тим је морао да израчуна колико светла треба да пошаље и када се смола ротира. Како светлост удара у смолу, фотосензитивни молекули исцрпљују растворени кисеоник да би створили чврсту структуру. Преостали материјал се може поново користити за друге пројекте, а метода практично не ствара отпад.

Долази у тренутку када 3Д штампа доживљава неку ренесансу, пратећи масовну гужву око тог подручја 2013. године. Само два месеца, истраживачи на Универзитету Цолумбиа су открили пут до 3Д штампања дрвета, други тим је показао како корисници могу Створите цијелу сцену вјенчања, а истраживачи са Универзитета у Мичигену створили су методу која може исписати објекте 100 пута брже него прије.

Типични 3Д штампачи имају тенденцију да раде као њихови колеге на папиру, слојевањем или АБС пластике или полимлечне киселине да постепено формирају објекте. Ова техника, позната као моделирање фузионираног таложења, има тенденцију да производи објекте великом брзином, али ниском прецизношћу.

"Не штампамо слој по слој, као што је традиционално", каже Таилор. "У неким другим процесима, употреба слојева рискира увођење унутарњих шупљина или дефеката и резултира у мање глаткој површини, од којих обје могу смањити снагу или учинити снагу јако усмјереном."

Алтернативна техника, позната као стереолитографија, коју користи тим на Универзитету Мичиген, користи ултраљубичасти ласер да би створио објект у смоли. Звучи слично техници коју је користио Таилор-ов тим рачунска аксијална литографија - али постоје неке занимљиве разлике између техника у новој ери 3Д штампања.

„Не повлачимо компоненту у равној линији, већ ротирамо обим штампе у односу на извор светла“, каже Таилор. “То значи да можемо истински креирати све тачке 3Д објекта истовремено, а не секвенцијално.

“Такође, у нашем процесу, не постоји кретање штампаног предмета у односу на околни материјал током штампања. Ово је без преседана аспект нашег приступа који нам омогућава да штампамо у изузетно високим вискозним материјалима и елиминишемо ограничења брзине штампања која се могу наметнути другим процесима путем протока флуида.

Како се ова нова техника може користити на броду

Техника би чак могла бити корисна за астронауте у свемиру. Таилор каже да је "сигурно могуће замислити да се делови направљени помоћу компјутерске аксијалне литографије могу користити у свемиру", додајући да би "нагађао да бестежинско стање заправо може бити додатна корист за процес."

Главни проблем код коришћења ЦАЛ-а на Земљи је да објекат може потонути у смолу док се приказује. Тим је дизајнирао смолу тако да објекат не потоне током процеса штампања на било којој мерљивој удаљености, али рад у смањеној гравитацији може да учини да та промена буде још мања.

Ако Елон Муск и слично остваре свој сан о слању људи на Марс и отварању колоније, можда ће послати своје истраживаче на црвену планету са пројектором и огромном посудом од смоле, спремни да направе своје алате. Барем би имали нешто за гледање филмова.

Прочитајте сажетак рада под насловом „Волуметријска адитивна производња путем томографске реконструкције“, испод:

Адитивна производња обећава огромну геометријску слободу и потенцијал за комбиновање материјала за сложене функције. Ограничења брзине, геометрије и квалитета површине адитивних процеса повезана су са ослањањем на наношење материјала. Показали смо истовремену штампу свих тачака унутар тродимензионалног објекта осветљавањем ротирајуће запремине фотосензитивног материјала са динамички еволуирајућим светлосним обрасцем. У инжењерске акрилатне полимере, као и штампање меких структура са изузетно глатким површинама у желатинозни метакрилатни хидрогел, штампамо карактеристике величине само 0,3 мм. Наш процес нам омогућава да направимо компоненте које облажу друге већ постојеће чврсте објекте, омогућавајући израду више материјала. Развили смо моделе за описивање способности брзине и просторне резолуције. Такође смо показали и време штампања од 30-120 с за различите центиметарске објекте.