O nouă imprimantă 3D bazată pe lumină ar putea crea unelte de spațiale în zero gravitate

O tehnică nouă de imprimare 3D promite să deseneze obiecte folosind fascicule de lumină, ajutând tot felul de profesioniști - de la zoologi până la oameni de la bordul navelor care au nevoie să facă unelte cu zero gravitații.

Tehnica, descrisă într-o lucrare publicată joi în jurnal Ştiinţă, implică razele luminoase strălucitoare pe un lichid galben sensibil la lumină pentru a crea obiecte solide. Iată cum funcționează această tehnică nouă: Oamenii de știință creează un model 3D al obiectului pe care îl doresc, creează un film și folosesc un proiector pentru a transmite informațiile într-un cilindru rotativ. Natura lichidului înseamnă că utilizatorii pot încorpora alte obiecte în rășină; crearea unui mâner de șurubelniță în jurul unei bucăți de metal este un astfel de exemplu.

A declarat Hayden Taylor, profesor asistent de inginerie mecanică la Universitatea din California și autor principal al unei lucrări Invers că această nouă tehnică 3D de imprimare folosește hardware-ul existent, dar utilizează mai sofisticat software-ul său.

"Aparatul necesar pentru noul proces este inerent simplu: necesită un videoproiector - care ar putea fi un standard de proiector de pe raft - și un volum de rotație constant al materialului sensibil la lumină", ​​spune Taylor. Partea dificilă, explică el, este calculele utilizate pentru a traduce modelul 3D într-un videoclip - dar chiar și "poate fi realizat cu un computer personal, dacă este necesar".

Imprimanta a fost proiectată prin examinarea tomografiilor computerizate, care sunt utilizate de medici pentru a găsi tumori prin trimiterea de unde electromagnetice în corp. Echipa a trebuit să calculeze cât de multă lumină să trimită și când a răcit rășina cilindrică completă. Pe măsură ce lumina atinge rășina, moleculele fotosensibile diminuează oxigenul dizolvat pentru a crea o structură solidă. Materialul rămas este reutilizabil pentru alte proiecte, iar metoda nu creează practic niciun fel de deșeuri.

Se întâmplă într-un moment în care tipărirea 3D se confruntă cu ceva de renaștere, urmând hiperea în jurul zonei în 2013. În ultimele două luni, cercetătorii de la Universitatea Columbia au descoperit o modalitate de imprimare a lemnului 3D, o altă echipă a demonstrat cum pot creați o scenă de nuntă întreagă, iar cercetătorii de la Universitatea din Michigan au creat o metodă care poate imprima obiecte de 100 de ori mai repede decât înainte.

Imprimantele tipice 3D tind să funcționeze ca și omologii lor pe bază de hârtie, stratificându-se fie din plastic ABS, fie din acid polilactic pentru a forma obiecte treptate. Această tehnică, cunoscută sub denumirea de modelare a depozitării topite, tinde să producă obiecte la viteză mare, dar cu precizie redusă.

"Nu imprimam layer-by-layer, așa cum este tradițional", spune Taylor. "În unele alte procese, utilizarea straturilor riscă să introducă goluri sau defecte interne și are ca rezultat o suprafață mai mică decât cea netedă, ambele putând reduce puterea sau să facă forța extrem de direcționată".

O tehnică alternativă, cunoscută sub numele de stereolitografie, folosită de echipa de la Universitatea din Michigan, utilizează un laser cu ultrasunete pentru a crea un obiect în rășină. Seamănă cu tehnica folosită de echipa lui Taylor - numită computerizata litografie axiala - dar există unele diferențe interesante între tehnicile din această nouă eră a tipăririi 3D.

"Nu desenăm componenta într-o linie dreaptă, ci rotiți volumul de imprimare în raport cu sursa de lumină", ​​spune Taylor. "Aceasta înseamnă că putem crea cu adevărat toate punctele unui obiect 3D simultan, mai degrabă decât secvențial.

"De asemenea, în procesul nostru nu există nici o mișcare a obiectului imprimat în raport cu materialul înconjurător în timpul imprimării. Acesta este un aspect fără precedent al abordării noastre, care ne permite să tipărim în materiale cu vâscozitate excepțional de mare și elimină limitările de viteză de tipărire care pot fi impuse altor procese prin fluxul de fluid ".

Cum ar putea fi folosită această tehnică nouă la bordul navelor spațiale

Tehnica ar putea fi chiar benefică pentru astronauții din spațiu. Taylor spune că "este cu siguranță posibil ca părțile făcute de litografia axială calculată să poată fi utilizate în spațiu", adăugând că "aș speculează că lipsa de greutate ar putea fi de fapt un beneficiu suplimentar pentru proces".

Problema principală cu utilizarea CAL pe Pământ este că obiectul se poate scufunda în rășină așa cum este redat. Echipa a proiectat rășina astfel încât obiectul să nu se scufunde în timpul procesului de imprimare cu nici o distanță măsurabilă, dar lucrarea cu o gravitație redusă ar putea face această schimbare și mai mică.

Dacă Elon Musk și ceilalți își fac visul de a trimite oameni pe Marte și de a începe o colonie, probabil că își vor trimite expeditorii pe planeta roșie cu un proiector și o cuvă gigantică de rășină, gata să-și croiască propriile unelte. Cel puțin ar avea ceva de folosit pentru a viziona filme.

Citiți rezumatul lucrării, intitulat "Producția de aditivi volumetrici prin reconstrucție tomografică", de mai jos:

Fabricarea de aditivi promite o libertate geometrică enormă și potențialul de a combina materiale pentru funcții complexe. Limitele de viteză, geometrie și de calitate a suprafeței proceselor aditive sunt legate de dependența de stratul de material. Am demonstrat o imprimare concurentă a tuturor punctelor dintr-un obiect tridimensional, prin iluminarea unui volum rotativ de material fotosensibil cu un model de lumină în evoluție dinamică. Imprimăm caracteristici de 0,3 mm în polimerii acrilici de inginerie, precum și prin imprimarea de structuri moi cu suprafețe excepțional de netede într-un hidrogel de metacrilat de gelatină. Procesul nostru ne permite să construim componente care încorporează alte obiecte solide preexistente, permițând fabricarea de materiale multiple. Am dezvoltat modele pentru a descrie capacitățile de viteză și de rezoluție spațială. De asemenea, am demonstrat timpi de imprimare de 30-120 de secunde pentru diverse obiecte de centimetru.