Два метра в час: американские ученые разработали новую технологию скоростной 3D-печати

Исследователи из Мичиганского университета продемонстрировали новую методику скоростной фотополимерной 3D-печати. Производительность опытного стереолитографического 3D-принтера якобы превышает показатели существующих систем примерно в сто раз. Рассказываем, как это работает.Начнем с того, что помимо способов формирования слоев (с помощью лазеров, цифровых проекторов или ЖК-масок) стереолитографические 3D-принтеры можно разделить на две категории по схемам построения – обычной и перевернутой. Первая предусматривает установку модуля засветки над кюветой и постепенное погружение платформы в фотополимер, что приводит к двум нежелательным последствиям – ограничению рабочего объема и необходимости в механическом выравнивании поверхности жидкого материала после засветки каждого слоя. Сама по себе смола растекается слишком медленно. В более популярной перевернутой схеме засветка осуществляется снизу, через прозрачное дно кюветы. Но и у этого варианта есть недостаток, отрицательно влияющий на производительность – донный эффект. При подъеме платформы между свежим слоем модели и дном образуется вакуум, так и норовящий деформировать или даже разорвать печатаемое изделие. Еще хуже, если модель прилипает ко дну. Как следствие, скорость приходится ограничивать, особенно когда речь идет об изделиях относительно большой площади. Как увеличить скорость? Несколько лет назад свое решение представила компания Carbon: дно кювет 3D-принтеров этого предприятия выполнено из газопроницаемого материала. Через дно в фотополимер проникает кислород, играющий роль ингибитора. В результате образуется тонкий слой инертного фотополимера, предотвращающего прилипание моделей ко дну. Но полностью победить вакуумный эффект не удалось: хотя компания и заявляет скорость построения по оси Z в 25-100 раз выше ближайших конкурентов, в промо-роликах всегда демонстрируется скоростная печать ажурных конструкций, чья форма способствует более быстрому поступлению вязкого фотополимера под отвержденные слои. Какой отсюда следует вывод? Нужен более толстый «мертвый слой». В этом и состоит главная особенность разработки группы ученых Мичиганского университета под руководством профессора кафедры машиностроения Марка Бернса и доцента кафедры химических технологий Тимоти Скотта. В опытной аддитивной системе используется совершенно иной метод формирования инертного донного слоя, основанный на двухцветном облучении. Как и обычные стереолитографические DLP 3D-принтеры, аппарат формирует слои с помощью цифрового проектора, но при этом синий свет проектора проходит через дихроичный фильтр, одновременно отражающий в том же направлении излучение с ультрафиолетового светодиодного источника. Следующая уловка состоит в расходных материалах – фотополимерных смолах, содержащих не только фотоинициаторы, но и фотоингибиторы. Вот только реагируют они на свет разной длины – синий и ультрафиолетовый соответственно. Диапазон «пересечения» достаточно узок, так что балансируя интенсивность света с проектора и ультрафиолетового излучателя можно регулировать толщину инертного слоя. Часть более яркого света с проектора в итоге минует «мертвый» слой, а там уже начинается отверждение. Толщина инертного слоя в экспериментах команды составляла несколько миллиметров, тогда так при насыщении донного слоя кислородом образуется инертный слой толщиной всего в десятки микрон. Процесс совместим с широким диапазоном фотополимерных материалов на основе акрилатов, метакрилатов и виниловых эфиров, а также обеспечивает возможность не просто быстрой, а беспрерывной 3D-печати, в результате чего достигается высокая изотропность получаемых изделий. Что еще интереснее, комбинирование двух источников света позволяет генерировать градиентные проекции «в оттенках серого» с ограниченной возможностью построения уже не плоских слоев, а этаких горизонтальных барельефов. Впрочем, пока ученые фокусируются именно на повышении скорости печати, в случае с опытным аппаратом достигающей двух метров в час. Ученые оформили заявки на три патента, а Тимоти Скотт вовсю работает над организацией стартапа в надежде вывести на рынок технологию с достаточной производительностью для серийного аддитивного производства. Когда именно наработки будут доступны простым смертным, пока не сообщается. Ознакомиться с докладом научной команды можно по этой ссылке. А у вас есть интересные новости? Поделитесь с нами своими разработками, и мы расскажем о них всему миру! Ждем ваши идеи по адресу news@3Dtoday.ru.