Разработан способ, позволяющий печатать трехмерные объекты

Фотополимерный 3D-принтер из бытового видеопроектора создает объекты без слоев

Принципиально иной подход к фотополимерной 3D-печати, разработанный в Калифорнийском университете в Беркли, позволяет создавать 3D-принты за несколько минут и дополнять 3D-печатными деталями существующие объекты.

По материалам статьи Кары Манке из издания «Калифорнийского университета в Беркли» Berkeley News. Переведено и адаптировано Top 3D Shop.

Большинство методов 3D-печати предполагают добавление материала слой за слоем. Это устанавливает некоторые ограничения в применении 3D-печатных объектов, например — печать новых объектов в совмещении с существующими крайне затруднена, обычно вы не можете установить в 3D-принтер поврежденную деталь и напечатать отломавшийся фрагмент.
Эта же методика позволяет проводить такие операции.

Металлическая микроотвертка с напечатанной на ней ручкой.

Авторы разработки: Бретт Э. Келли, Индрасен Бхаттачарья, Хоссейн Хейдари;
Соавторы: Максим Шустефф, Кристофер М. Спадаччини;
Начальник лаборатории и автор-корреспондент: Хейден К. Тейлор.
Научная публикация в Science 3’2019.

Келли и соавторы представили другой метод изготовления — 3D-печать путем вращения фотополимера в динамически развивающемся световом поле. Это позволило им печатать целые сложные объекты за один полный оборот сосуда с фотополимером, обходя необходимость в послойном построении.

Аддитивное производство новым методом обещает геометрическую свободу и возможность комбинировать материалы, для получения сочетания разных свойств в одной детали.

Разработчики продемонстрировали одновременную печать всех точек в трехмерном объекте, путем освещения вращающегося объема светочувствительного материала динамически развивающимся световым рисунком. В ходе тестов получены элементы размером всего 0,3 миллиметра в инженерных акрилатных полимерах и мягкие структуры с исключительно гладкими поверхностями в гидрогеле из желатинметакрилата.

«Тот факт, что вы можете взять металлический компонент или что-то из другого производственного процесса и добавить новую часть с настраиваемой геометрией, я думаю, может изменить способ конструирования продуктов.

По сути, можно взять обычный видеопроектор, буквально привезти из дома, подключить его к ноутбуку и использовать для проецирования серии вычисленных изображений на вращающуюся цилиндрическую емкость с густой фотополимерной смолой.

Очевидно, тут тоже есть свои тонкости, прежде всего — в расчете проецируемых изображений, но с созданием аппаратной части значительных трудностей не возникнет», — сказал Тейлор.

Тейлор и команда использовали принтер для создания серии тестовых объектов — от крошечной модели статуи Родена «Мыслитель», до модели челюсти по индивидуальному заказу.

В настоящее время они могут делать объекты диаметром до 10 см.

«Это первый случай, когда нам не нужно создавать трехмерные детали послойно; это делает 3D-печать действительно трехмерной», — говорит Бретт Келли, соавтор научной работы.

Для своей новой технологии исследователи сформулировали густой сиропообразный фотополимер, который полимеризуется лишь при строго определенной интенсивности воздействующего света.

Смола для 3D-печати состоит из жидких полимеров, смешанных с фоточувствительными молекулами и растворенным кислородом. Свет активирует светочувствительное соединение, которое истощает кислород. Только в тех областях, где использовался весь кислород, полимеры образуют связи, которые превращают смолу из жидкости в твердое вещество. Неиспользованная смола может быть переработана путем нагревания в атмосфере кислорода.

«Наша методика практически не создает отходов, а неотвержденный материал можно использовать повторно на 100%», — говорит Хоссейн Хейдари, аспирант лаборатории Тейлора в Калифорнийском университете в Беркли и соавтор работы.

«Мы надеемся, что это откроет путь для многих других исследователей в этой захватывающей области технологий» — сказал Максим Шустефф, инженер, соавтор работы.

Это одна из тех идей, которые «витают в воздухе», и она оставалась просто идеей, пока эти ребята не догадались создать специальный подходящий фотополимер.

Детальность полученных образцов пока не впечатляет, но сам метод как минимум интересен. Возможно, при получении фотополимера с еще более точной границей перехода (тут слово за химиками), а также при совершенствовании алгоритмов расчета изображений, детализация созданных по этому методу принтов увеличится.

Как вы думаете, можно ли применять такой метод для домашней 3D-печати? Где он будет наиболее востребованным?

Скоро ли появятся серийные образцы работающих на этом принципе 3D-принтеров? Вы купили бы такой себе? Поделитесь своим мнением в комментариях.

Ученые разработали технологию печати трехмерных объектов из жидкости

Ученые из Национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли разработали способ печати трехмерных объектов и структур, полностью состоящих из жидких материалов. Используя модернизированный трехмерный принтер, они создали сети из водяных “трубок” в силиконовом масле. Подобная технология может использоваться для создания жидкой электроники, приводящей в действие гибкие и эластичные устройства. Помимо этого, такой способ позволит производить разделение и исследования отдельных молекул, доставку “строительных блоков” для изготовления наноразмерных механизмов и микроэлектромеханических систем.

Напечатанные водяные нити имели толщину от 10 микрон до 1 миллиметра при длине нитей в несколько метров. Для реализации данной технологии ученым пришлось разработать способ, который не позволяет воде разбиваться на отдельные капли во время печати. Решением этой проблемы стал специальный материал-сурфактант, который связывает и удерживает воду.

Этот материал был получен путем наполнения воды золотыми наночастицами и особыми полимерными молекулами масла, в которое выдавливалась вода. Золотые наночастицы и молекулы полимера притягиваются и сцепляются друг с другом, создавая четкую границу между водой и маслом. При этом, граница, созданная наночастицами и полимерными молекулами, напоминает по своей структуре стекло, но этот материал может быть растянут или деформирован без потери его “разделительной” функции.

“Стабильность границы означает то, что мы можем выдавить воду в виде трубки и она останется трубкой. Мы можем сформировать воду в виде эллипсоида и она сохранит заданную форму” – пишут исследователи, – “При этом, границы, разделяющие два жидких материала, сохраняются на протяжении нескольких месяцев”.

После этого исследователи взяли стандартный трехмерный принтер и удалили все компоненты, связанные с выдавливанием пластика, заменив это шприцом с тонкой иглой, через которую выдавливается вода, наполненная наночастицами. И после этого принтер, работающий под управлением стандартного программного обеспечения, стал способен создавать любые формы водяных трубок в емкости, заполненной силиконовым маслом.

“Сейчас мы способны “провести” водяные нити куда угодно в трех измерениях” – пишут исследователи, – “Однако, после этого мы можем оказать на материал определенное воздействие, которое нарушит стабильность граничного слоя и заставит водяные нити изменить свою форму. Эта дает нам возможность бесконечного переконфигурирования напечатанных жидких структур, которые имеют шанс в будущем стать основой переконфигурируемой жидкой электроники”.


Трехмерная печать

Все больше технологий, недавно казавшихся сказкой, проникают в нашу жизнь. Не так давно казалось, что моментально воплотить идею в реальный и осязаемый предмет под силу разве что только скатерти-самобранке. А сегодня мы можем перенести в реальность из компьютерной среды не только изображения и тексты (распечатывая их на бумагу, или любой другой носитель), но и объемные предметы. Речь о так называемой трехмерной печати.

Что это такое?

Немного определений и истории. Трехмерная печать – это метод прототипирования (создания прототипа, модели предмета), позволяющий из математической модели, разработанной в специальной CAD-программе, при помощи 3Д принтера получить послойно созданный физический объект.

Впервые идея трехмерной печати была воплощена в жизнь еще в 1986 году. Тогда это была печать при помощи стереолитографических машин. С тех пор эта отрасль активно развивается.

Кому это нужно?

Области применения. Первое, и основное на настоящий момент, применение 3Д печать нашла в промышленном производстве. Изготовление прототипа в материале существенно снижает затраты на изготовление, например, деталей и увеличивает скорость их разработки. Осязаемая и физически существующая модель детали дает возможность изучить форму объекта и его свойства несравнимо лучше, чем самое детальное изображение на экране.

Второе применение, неразрывно впрочем, связанное с первым, состоит в проведении при помощи моделей всевозможных проверок и тестов.

Так, авиационная и автомобильная промышленность давно и успешно используют прототипы деталей аппаратов для изучения обтекаемости, износостойкости, возможности взаимодействия частей изделий и разработки дизайна новых моделей. Интересным методом исследования является изготовление устройств из нетипичных материалов. Например, изготовление прозрачной трансмиссии автомобиля позволяет изучить свойства процессов прохождения в ней масла.

Существует и процветает целая отрасль промышленности, которая занимается быстрым изготовлением прототипов изделий (Rapid Prototyping) для разных производств, в целях оперативной корректировки формы и свойств готовых объектов до их окончательного производства или выпуска в серию.

Третье применение тоже связано с производством. Оно заключается в использовании полученных трехмерной печатью форм для серийного производства. Например, изготавливается дорогая и сложная литьевая форма для пластиковых деталей на 3D принтере. А на ее основе массово, быстро и дешево штампуются серийные изделия. Именно этот способ очень распространен при производстве игрушек, в частности пластиковых фигурок.

И, наконец, самая заманчивая, но (к сожалению или к счастью – кто знает) все еще довольно фантастическая область применения – домашнее производство. Заманчивое – потому никто не откажется от возможности “напечатать” дома кружку с тарелкой для завтрака и пару дверных ручек для ремонта.

Фантастическое – потому что свойства материалов, из которых возможно изготавливать трехмерные модели, а также стоимость такого принтера и всего процесса 3D печати, пока еще крайне высоки и не подходят для использования в домашних условиях.

О нас

Трехмерная печать – одно из самых перспективных направлений 21 века. Наш интернет-магазин предлагает лично оценить все возможности и преимущества данной технологии. В каталоге представлен широкий ассортимент 3D-принтеров, предназначенных для решения профессиональных и бытовых задач. Благодаря рациональной организации бизнес-процессов нашей фирмы мы обеспечиваем «правильные» цены на различные модели устройств. К тому же мы продаем разнообразные аксессуары, расходные материалы и остальную продукцию для эффективной и качественной 3д-печати.

Источники:
http://www.dailytechinfo.org/news/10117-uchenye-razrabotali-tehnologiyu-pechati-trehmernyh-obektov-iz-zhidkosti.html
http://www.3dpr.ru/trehmernaya-pechat
http://habr.com/ru/post/470690/

Ссылка на основную публикацию