3D-print 100 gange hurtigere med lys

I stedet for at opbygge plastikfilamenter lag for lag, en ny tilgang til 3-D-print løfter komplekse former fra en beholder med væske op til 100 gange hurtigere end konventionelle 3-D-printprocesser, Det har forskere fra University of Michigan vist.

3-D-print kunne ændre spillet for relativt små produktionsopgaver, producerer færre end 10, 000 identiske varer, fordi det ville betyde, at genstandene kunne laves uden behov for en form, der kostede op mod $10, 000. Men den mest velkendte form for 3-D print, hvilket er ligesom at bygge 3D-objekter med en række 1D-linjer, har ikke været i stand til at udfylde det hul på typiske produktionstider på en uge eller to.

"Ved brug af konventionelle tilgange, det er ikke rigtigt opnåeligt, medmindre du har hundredvis af maskiner, " sagde Timothy Scott, U-M lektor i kemiteknik, der sammen med Mark Burns ledede udviklingen af ​​den nye 3-D-printmetode. T.C. Chang professor i ingeniørvidenskab ved U-M.

Deres metode størkner den flydende harpiks ved hjælp af to lys til at kontrollere, hvor harpiksen hærder - og hvor den forbliver flydende. Dette gør det muligt for teamet at størkne harpiksen i mere sofistikerede mønstre. De kan lave et 3-D bas-relief i et enkelt skud i stedet for i en serie af 1D-linjer eller 2-D-tværsnit. Deres trykdemonstrationer inkluderer et gitter, en legetøjsbåd og en blok M.

"Det er en af ​​de første ægte 3-D-printere, der nogensinde er lavet, " sagde Burns, professor i kemiteknik og biomedicinsk teknik.

Men den sande 3-D-tilgang er ikke blot et stunt - det var nødvendigt at overvinde begrænsningerne ved tidligere bestræbelser på at trykke på moms. Nemlig harpiksen har en tendens til at størkne på vinduet, som lyset skinner igennem, stopper udskriftsjobbet, lige når det starter.

Ved at skabe et relativt stort område, hvor der ikke sker nogen størkning, tykkere harpikser – potentielt med forstærkende pulveradditiver – kan bruges til at fremstille mere holdbare genstande. Metoden forbedrer også den strukturelle integritet af filament 3-D print, da disse objekter har svage punkter ved grænsefladerne mellem lagene.

"Du kan blive meget hårdere, meget mere slidstærke materialer, " sagde Scott.

En tidligere løsning på størkning-på-vindue-problemet var et vindue, der slipper ilt igennem. Ilten trænger ind i harpiksen og standser størkningen nær vinduet, efterlader en væskefilm, der gør det muligt at trække den nyligt trykte overflade væk.

Men fordi dette hul kun er så tykt som et stykke gennemsigtig tape, harpiksen skal være meget flydende for at flyde hurtigt nok ind i det lille mellemrum mellem den nyligt størknede genstand og vinduet, når delen trækkes op. Dette har begrænset momsudskrivning til små, tilpassede produkter, der vil blive behandlet relativt skånsomt, såsom tandudstyr og skoindlæg.

Ved at erstatte ilten med et andet lys for at standse størkning, Michigan-teamet kan producere et meget større mellemrum mellem objektet og vinduet - millimeter tykt - hvilket tillader harpiks at flyde ind tusindvis af gange hurtigere.

Nøglen til succes er harpiksens kemi. I konventionelle systemer, der er kun én reaktion. En fotoaktivator hærder harpiksen, hvor lyset skinner. I Michigan-systemet, der er også en fotoinhibitor, som reagerer på en anden bølgelængde af lys.

I stedet for blot at kontrollere størkning i et 2-D plan, som nuværende moms-trykningsteknikker gør, Michigan-teamet kan mønstre de to slags lys for at hærde harpiksen på stort set ethvert 3D-sted nær belysningsvinduet.

U-M har indgivet tre patentansøgninger for at beskytte de mange opfindsomme aspekter af tilgangen, og Scott forbereder sig på at lancere en nystartet virksomhed.

En artikel, der beskriver denne forskning, vil blive offentliggjort i Videnskabens fremskridt , med titlen, "Hurtig, kontinuerlig additiv fremstilling ved volumetrisk polymerisationshæmningsmønster."