Nová, ľahká 3D tlačiareň by mohla vytvoriť nástroje kozmickej lode v nulovej gravitácii

Nová technológia 3D tlače sľubuje, že bude vytvárať objekty pomocou svetelných lúčov, ktoré pomôžu všetkým profesionálom - od zoológov až po ľudí na palube kozmických lodí, ktorí potrebujú robiť nástroje v nulovej gravitácii.

Technika popísaná v príspevku publikovanom vo štvrtok v časopise veda Zahŕňa žiarenie svetelných lúčov na žltú kvapalinu citlivú na svetlo, aby sa vytvorili pevné predmety. Táto nová technika funguje takto: Vedci vytvoria 3D model objektu, ktorý chcú, vytvoria film a pomocou projektora prenesú informácie do rotujúceho valca. Povaha kvapaliny znamená, že užívatelia môžu obaľovať iné objekty v živici; jedným z príkladov je vytvorenie rukoväte skrutkovača okolo kusa kovu.

Hayden Taylor, odborný asistent strojného inžinierstva na University of California a senior autor papiera, hovorí obrátený že táto nová technológia 3D tlače využíva existujúci hardvér, ale používa sofistikovanejšie používanie svojho softvéru.

„Prístroj potrebný pre nový proces je neodmysliteľne jednoduchý: vyžaduje video projektor - ktorý by mohol byť štandardným off-the-police projektorom - a neustále sa otáčajúci objem materiálu citlivého na svetlo,“ hovorí Taylor. Vysvetľuje, že zložitou časťou sú výpočty použité na prekladanie 3D modelu do videa - ale aj to, že „v prípade potreby sa môže vykonať s osobným počítačom“.

Tlačiareň bola navrhnutá tak, že sa pozerala na skenovanie počítačovej tomografie, ktoré lekári používajú na vyhľadávanie nádorov zasielaním elektromagnetických vĺn do tela. Tím potreboval vypočítať, koľko svetla poslať a kedy sa valec naplnil živicou. Keď svetlo dopadá na živicu, fotosenzitívne molekuly poškodzujú rozpustený kyslík a vytvárajú pevnú štruktúru. Zvyšný materiál je opätovne použiteľný pre iné projekty a metóda prakticky nevytvára odpad.

To prichádza v čase, keď 3D tlač zažíva niečo renesancie, po masový humbuk okolo oblasti v roku 2013. Posledné dva mesiace sám, výskumníci z Columbia University objavili spôsob, ako 3D tlač dreva, iný tím preukázal, ako môžu užívatelia vytvoriť celú svadobnú scénu, a výskumníci na University of Michigan vytvorili metódu, ktorá dokáže tlačiť objekty 100 krát rýchlejšie ako predtým.

Typické 3D tlačiarne majú tendenciu pracovať ako ich náprotivky na báze papiera, vrstviť buď plast ABS alebo kyselinu polymliečnu, aby postupne vytvárali predmety. Táto technika, známa ako modelovanie s tavenou depozíciou, má tendenciu vytvárať objekty pri vysokej rýchlosti, ale s nízkou presnosťou.

„Netlačíme po vrstvách, ako je to tradičné,“ hovorí Taylor. „V niektorých iných procesoch použitie vrstiev predstavuje riziko zavedenia vnútorných dutín alebo defektov, čo má za následok menej hladký povrch, čo môže znížiť pevnosť alebo spôsobiť silnú smerovú pevnosť.“ T

Alternatívna technika, známa ako stereolitografia, ktorú používa tím na University of Michigan, využíva ultrafialový laser na vytvorenie objektu v živici. Znie to podobne ako technika Taylorovho tímu - dabovaný vypočítaná axiálna litografia - v tejto novej ére 3D tlače sú však medzi technikami zaujímavé rozdiely.

„Neprevádzame komponent v priamke, ale namiesto toho otáčame objem tlače vzhľadom na svetelný zdroj,“ hovorí Taylor. „To znamená, že môžeme vytvoriť všetky body 3D objektu súčasne a nie postupne.

„V našom procese tiež nie je počas tlače žiadny pohyb tlačeného objektu vzhľadom na okolitý materiál. Toto je bezprecedentný aspekt nášho prístupu, ktorý nám umožňuje tlačiť do materiálov s mimoriadne vysokou viskozitou a eliminuje obmedzenia rýchlosti tlače, ktoré môžu byť spôsobené inými procesmi prúdením tekutiny. “

Ako táto nová technika môže byť použitá na palube kozmických lodí

Táto technika by mohla byť dokonca prínosom pre kozmonautov vo vesmíre. Taylor hovorí, že je "určite mysliteľné, že časti vyrobené vypočítanou axiálnou litografiou by mohli byť použité vo vesmíre," dodal, že "by som špekuloval, že beztiažnosť by mohla byť pre proces skutočne prínosom."

Hlavným problémom pri používaní CAL na Zemi je to, že objekt sa môže ponoriť do živice tak, ako sa to robí. Tím navrhol živicu tak, aby sa objekt počas procesu tlače nezachytil o žiadnu merateľnú vzdialenosť, ale práca v zníženej gravitácii by mohla túto zmenu ešte zmenšiť.

Ak Elon Musk a podobne dosiahnu svoj sen vyslať ľudí na Mars a založiť kolóniu, možno pošlú svojich prieskumníkov na červenú planétu s projektorom a obrovskou vaňou živice, pripravenou na remeselné nástroje. Aspoň by mali niečo na sledovanie filmov.

Prečítajte si zhrnutie príspevku s názvom „Objemová aditívna výroba pomocou tomografickej rekonštrukcie“ nižšie:

Aditívna výroba sľubuje obrovskú geometrickú slobodu a potenciál kombinovať materiály pre komplexné funkcie. Obmedzenia rýchlosti, geometrie a kvality povrchu aditívnych procesov sú spojené so závislosťou od vrstvenia materiálu. Preukázali sme súbežnú tlač všetkých bodov v trojrozmernom objekte osvetlením rotujúceho objemu fotosenzitívneho materiálu dynamicky sa vyvíjajúcim svetelným vzorom. V strojárenských akrylátových polyméroch tlačíme také vlastnosti ako 0,3 mm, ako aj tlač mäkkých štruktúr s mimoriadne hladkými povrchmi do želatínového metakrylátového hydrogélu. Náš proces nám umožňuje konštruovať komponenty, ktoré obaľujú iné už existujúce pevné objekty, čo umožňuje výrobu viacerých materiálov. Vyvinuli sme modely na opis rýchlosti a priestorového rozlíšenia. Taktiež sme demonštrovali časy tlače 30-120 s pre rôzne objekty centimetra.