Novi, svjetlosni 3D pisač može stvoriti alate za svemirske brodove u nultoj gravitaciji

Nova tehnika 3D tiska obećava da će obrađivati ​​predmete pomoću svjetlosnih snopova, pomažući svim vrstama profesionalaca - od zoologa do ljudi na svemirskim brodovima koji trebaju napraviti alate bez gravitacije.

Tehnika opisana u radu objavljenom u četvrtak u časopisu Znanost uključuje sjajne zrake svjetlosti na žutu tekućinu osjetljivu na svjetlo kako bi se stvorili čvrsti objekti. Evo kako ova nova tehnika funkcionira: Znanstvenici stvaraju 3D model objekta koji žele, stvaraju film i koriste projektor za prijenos informacija u rotirajući cilindar. Priroda tekućine znači da korisnici mogu obložiti druge predmete u smoli; jedan takav primjer je stvaranje ručke odvijača oko komada metala.

Hayden Taylor, docent strojarstva na Sveučilištu u Kaliforniji i viši autor rada, kaže Inverzan da ova nova tehnika 3D tiska koristi postojeći hardver, ali čini sofisticiraniju upotrebu svog softvera.

"Aparat potreban za novi proces je sam po sebi jednostavan: zahtijeva video projektor - koji bi mogao biti standardni projektor s polica - i stalno rotirajući volumen materijala osjetljivog na svjetlo", kaže Taylor. Zanosan dio, objašnjava on, su kalkulacije koje se koriste za prevođenje 3D modela u videozapis - ali čak i da se "može izvesti s osobnim računalom ako je potrebno".

Pisač je dizajniran tako da pogleda skeniranja kompjutorske tomografije, koje liječnici koriste kako bi pronašli tumore slanjem elektromagnetskih valova u tijelo. Tim je trebao izračunati koliko svjetla treba poslati i kada se puna smola rotira. Kako svjetlost udara u smolu, fotosenzitivne molekule oštećuju otopljeni kisik i stvaraju čvrstu strukturu. Preostali materijal se može ponovno koristiti za druge projekte, a metoda praktički ne stvara otpad.

Dolazi u vrijeme kada 3D ispisivanje doživljava neku renesansu, nakon masovnog navijanja oko tog područja 2013. godine. Samo posljednja dva mjeseca, istraživači na Sveučilištu Columbia otkrili su put do 3D print drva, drugi tim je pokazao kako korisnici mogu stvoriti cijelu scenu vjenčanja, a istraživači sa Sveučilišta u Michiganu stvorili su metodu koja može ispisati objekte 100 puta brže nego prije.

Tipični 3D pisači imaju tendenciju da rade kao njihovi kolege na papiru, slojevši ili ABS plastiku ili polilaktičnu kiselinu kako bi postupno oblikovali objekte. Ova tehnika, poznata kao modeliranje fuzioniranog taloženja, nastoji proizvoditi objekte velikom brzinom, ali niskom točnošću.

"Ne ispisujemo sloj po sloj, kao što je tradicionalno", kaže Taylor. "U nekim drugim procesima, upotreba slojeva riskira uvođenje unutarnjih šupljina ili defekata i rezultira u manje glatkoj površini, od kojih obje mogu smanjiti snagu ili učiniti snagu jako usmjerenom."

Alternativna tehnika, poznata kao stereolitografija, koju koristi tim na Sveučilištu u Michiganu, koristi ultraljubičasti laser kako bi stvorio objekt u smoli. Zvuči slično tehnici koju je koristio Taylorov tim računska aksijalna litografija - ali postoje neke zanimljive razlike između tehnika u novoj eri 3D tiska.

"Komponentu ne izvlačimo u ravnoj liniji, već rotiramo u odnosu na izvor svjetla", kaže Taylor. “To znači da možemo istinski stvoriti sve točke 3D objekta istovremeno, a ne sekvencijalno.

“Također, u našem procesu, ne postoji kretanje tiskanog predmeta u odnosu na okolni materijal tijekom tiskanja. To je bez presedana aspekt našeg pristupa koji nam omogućuje ispis u iznimno visoke viskoznosti materijala i eliminira ograničenja brzine ispisa koja se mogu nametnuti drugim procesima protjecanjem fluida.

Kako se ova nova tehnika može koristiti na brodu

Tehnika bi čak mogla biti korisna za astronaute u svemiru. Taylor kaže da je "sigurno moguće zamisliti da se dijelovi napravljeni pomoću kompjutorizirane aksijalne litografije mogu koristiti u svemiru", dodajući da bi "nagađao da bestežinsko stanje zapravo može biti dodatna korist za proces."

Glavni problem s korištenjem CAL-a na Zemlji je da objekt može potonuti u smolu dok se prikazuje. Tim je dizajnirao smolu tako da objekt ne potone tijekom procesa tiskanja mjerljivom udaljenosti, ali rad u smanjenoj gravitaciji može učiniti promjenu još manjom.

Ako Elon Musk i slično ostvare svoj san o slanju ljudi na Mars i otvaranju kolonije, možda će poslati svoje istraživače na crveni planet s projektorom i ogromnom posudom smole, spremnom za izradu vlastitih alata. Barem bi imali nešto za gledanje filmova.

Pročitajte sažetak rada pod naslovom „Proizvodnja volumetrijskog aditiva putem tomografske rekonstrukcije“ u nastavku:

Aditivna proizvodnja obećava ogromnu geometrijsku slobodu i mogućnost kombiniranja materijala za složene funkcije. Ograničenja brzine, geometrije i kvalitete površine aditivnih procesa povezana su s oslanjanjem na nanošenje materijala. Pokazali smo istodobno tiskanje svih točaka unutar trodimenzionalnog objekta osvjetljavajući rotirajući volumen fotosenzitivnog materijala s dinamički razvijajućim svjetlosnim uzorkom. U inženjerske akrilatne polimere, kao i tiskanje mekih struktura s iznimno glatkim površinama u želatinozni metakrilatni hidrogel, ispisujemo značajke veličine samo 0,3 mm. Naš proces nam omogućuje da konstruiramo komponente koje oblažu druge već postojeće čvrste objekte, omogućujući izradu više materijala. Razvili smo modele za opisivanje sposobnosti brzina i prostorne razlučivosti. Također smo pokazali vrijeme ispisa od 30-120 s za različite centimetarske objekte.