3D-печат за броени минути с помощта на светлина (Видео)

Зa адаптирането на принципите на тримерната реконструкция в томографията за 3D- печат и успешното сътрудничество в тези две области на изследвания разказва Хайден Тейлор, доцент в катедрата по машиностроене в Калифорнийския университет в Бъркли.

За идеята да се адаптират принципите, лежащи в основата на тримерната визуализация при компютърната томография за разработване на нова технология за 3D печат , се заговори преди няколко години. Предполагаше се, че тя ще може да създава обектите за броени минути . В този момент тази идея се оценяваше като малко налудничава, но когато аспирантът Бред Кели събра група експерти от Калифорнийския университет в Бъркли и Ливерморската национална лаборатория Лоуренс, стана ясно, че идеята действително може да проработи.

Какво представлява компютърната осева литография (Computed Axial Lithography, CAL)

Екипът от учени беше вдъхновен от широко използваната технология на визуализация при компютърната томография. При нея рентговите лъчи се пропускат през твърди обекти под различен ъгъл, а програмното обезпечение интерпретира предаваните сигнали за създаване на тримерно изображение на това, което се намира вътре в обекта. Изследователите започнаха да провеждат експерименти, базирайки се на тасзи концепция , но разглеждайки ги «под друг ъгъл» достигнаха до концепцията на CAL. При нея, фотони се проектират на свръхчувствителен материал, за да оформят нужния обект.

Целият процес „ на разпечатване” на предмета заема от 30 секунди до няколко минути. В настоящия момент има вече изготвени обекти по този начин. Тяхният диаметър е от 5 до 10 сантиметра. Използваните до сега методи, такива като лазерната стереолитография, изискват много повече време. Например за създаването на неголеми обекти с аналогични размери са нужни няколко часа.
CAL използва обикновенно цифрово видеопроекционно оборудване, достъпно в търговската мрежа. Сложността се състои в програмното обеспечение, позволяващо преноса на цифровия модел на нужния обект в серия от изображения, които последователно осветяват целия материал във въртящия се обем на печата. Въртенето в съчетание с бързо изменящото се светлинно изображение позволява напълно да се контролира дозирането на светлината в три посоки. Когато общото количество светлинна енергия, получена в определена точка на обекта, надвишава определен праг, то там течността започва да се втвърдява и се образува част от обекта. За да се получи качествен обект значението на този праг трябва да е рязко отличим. Това се постига от равномерно разтворенния кислород, който първоначално подтиска втвърдяването, но постепенно се изразходва на малки дози.

Повторно използване на смолата

След завършване на процеса на печатане неизползваната смола може да се излее и да се остави на въздух, където съъдържанието на кислород да достигне първоначалното си равновесно състояние. По този начин тя може да се използва повторно, намалявайки загубите на материал.

Мащабиране

В разработването на технологии, позволяващи увеличение на печатащите се обекти, днес се полагат големи усилия. При използването на компютърно осевата литография, светлината преминава през целият обем на печатане и се поглъща с доста по-ниска скорост, отколкото при традиционните принтери. Това означава, че за сметка на увеличаването мощността на източника на светлина , размерите на печатаните обекти може да се увеличи. При това времето за изработка ще се запази или даже ще се намали. Използвайки подобни технологии, обект с диаметър от 0,5 м. и с елементи до 0,1-0,2 милиметра може да се изработва при обработка на материала от няколко литра за минута.

Изглаждане на неравните краища

Скоростта и възможността да се печатат големи обекти не е единственото преимущество на компютърната осева литография. При използването на тази технология неравностите по краищата на обекта се изглаждат. В същност, печатайки предметите еднократно, няма необходимост от наслояване.Освен това има възможност да се печата в течности с висок визкозитет, които сами по себе си поддържат печатания обект и така се намалява времето за последваща обработка.
Както се изясни, CAL може да се използва за печатане на материали както с висок визкозитет, така и на много меки и деликатни материали. Това може да разкрие нови възможности, например за биопечат на меки тъкани.

„Допечатване” и персонализиране

Новият метод позволява да се печата върху готови вече предмети. Например, с помощ на CAL на стоманен детайл, готов за отвертка, може да се напечата пластмасова дръжка. Тази възможност е много важна за производството на потребителски стоки, инструменти или спортен инвентар. По този начин ще има възможността на 3D- печатането на обекти от няколко вида материал.

Скоростта, асортиментът на подходящи материали и универсалността, които могат да бъдат достигнати с помощта на компютърната осева литография CAL, потенциално могат да бъдат използвани в най-различни отрасли, изготвянето на биоматериали и търговски продукти, е заключението на изследователите.

Източник