Ny 3D-printmetode lover hurtigere udskrivning med flere materialer

Fremskridt inden for 3D-print har gjort det lettere for designere og ingeniører at tilpasse projekter, skabe fysiske prototyper i forskellige skalaer og producere strukturer, der ikke kan laves med mere traditionelle fremstillingsteknikker. Men teknologien står stadig over for begrænsninger - processen er langsom og kræver specifikke materialer, som for det meste skal bruges et ad gangen.

Forskere ved Stanford har udviklet en metode til 3D-print, der lover at skabe print hurtigere ved at bruge flere typer harpiks i et enkelt objekt. Deres design, offentliggjort for nylig i Science Advances , er 5 til 10 gange hurtigere end den hurtigste højopløselige udskrivningsmetode, der er tilgængelig i øjeblikket, og kunne potentielt give forskere mulighed for at bruge tykkere harpikser med bedre mekaniske og elektriske egenskaber.

"Denne nye teknologi vil bidrage til fuldt ud at realisere potentialet ved 3D-print," siger Joseph DeSimone, Sanjiv Sam Gambhir professor i translationel medicin og professor i radiologi og kemiteknik ved Stanford og tilsvarende forfatter på papiret. "Det vil give os mulighed for at printe meget hurtigere og hjælpe med at indlede en ny æra af digital fremstilling, samt at muliggøre fremstilling af komplekse, multi-materiale objekter i et enkelt trin."

Kontrol af harpiksstrømmen

Det nye design forbedrer en metode til 3D-printning skabt af DeSimone og hans kolleger i 2015 kaldet kontinuerlig væskegrænsefladeproduktion eller CLIP. CLIP-udskrivning ser ud som om det hører hjemme i en science fiction-film - en stigende platform trækker jævnt objektet, tilsyneladende fuldt udformet, fra en tynd pøl af harpiks. Harpiksen ved overfladen hærdes til den rigtige form af en sekvens af UV-billeder projiceret gennem poolen, mens et lag ilt forhindrer hærdning i bunden af ​​poolen og skaber en "død zone", hvor harpiksen forbliver i flydende form.

Den døde zone er nøglen til CLIPs hastighed. Når det faste stykke hæver sig, er det meningen, at den flydende harpiks skal fyldes bagved, hvilket giver mulighed for jævn, kontinuerlig udskrivning. Men det sker ikke altid, især hvis stykket hæver sig for hurtigt, eller harpiksen er særlig tyktflydende. Med denne nye metode, kaldet injektion CLIP eller iCLIP, har forskerne monteret sprøjtepumper oven på den hævede platform for at tilføje yderligere harpiks på vigtige punkter.

"Harpiksstrømmen i CLIP er en meget passiv proces - du trækker bare genstanden op og håber, at sugning kan bringe materiale til det område, hvor det er nødvendigt," siger Gabriel Lipkowitz, en ph.d. studerende i maskinteknik ved Stanford og hovedforfatter på papiret. "Med denne nye teknologi injicerer vi aktivt harpiks på de områder af printeren, hvor det er nødvendigt."

Harpiksen leveres gennem rør, der printes samtidig med designet. Kanalerne kan fjernes, efter at objektet er færdiggjort, eller de kan inkorporeres i designet på samme måde, som vener og arterier er indbygget i vores egen krop.

Multi-materiale udskrivning

Ved at injicere yderligere harpiks separat giver iCLIP muligheden for at printe med flere typer harpiks i løbet af udskrivningsprocessen – hver ny harpiks kræver blot sin egen sprøjte. Forskerne testede printeren med så mange som tre forskellige sprøjter, hver fyldt med harpiks farvet i en anden farve. De printede med succes modeller af berømte bygninger fra flere lande i farven på hvert lands flag, herunder Saint Sophia Cathedral i det blå og gule af det ukrainske flag og Independence Hall i amerikansk rød, hvid og blå.

"Evnen til at lave objekter med brogede materiale eller mekaniske egenskaber er en hellig gral af 3D-print," siger Lipkowitz. "Anvendelserne spænder fra meget effektive energiabsorberende strukturer til objekter med forskellige optiske egenskaber og avancerede sensorer."

Efter at have demonstreret, at iCLIP har potentialet til at printe med flere harpikser, arbejder DeSimone, Lipkowitz og deres kolleger på software for at optimere designet af væskedistributionsnetværket for hvert trykt stykke. De ønsker at sikre, at designere har fin kontrol over grænserne mellem harpikstyper og potentielt fremskynde udskrivningsprocessen yderligere.

"En designer behøver ikke at forstå væskedynamik for at udskrive et objekt ekstremt hurtigt," siger Lipkowitz. "Vi forsøger at skabe effektiv software, der kan tage en del, som en designer ønsker at udskrive, og automatisk generere ikke kun distributionsnetværket, men også bestemme flowhastighederne for at administrere forskellige harpikser for at opnå et multi-materiale mål." + Udforsk yderligere

Objekter kan nu 3D-printes i uigennemsigtig harpiks