Gør 3D-print til virkelig 3D

Lad dig ikke narre af navnet. Mens 3D-printere udskriver håndgribelige objekter (og ganske godt), sker den måde, de udfører jobbet på, faktisk ikke i 3D, men snarere i almindelig gammel 2D.

Arbejder på at ændre det er en gruppe af tidligere og nuværende forskere fra Rowland Institute ved Harvard.

For det første, sådan fungerer 3D-print:Printerne lægger flade lag af harpiks, som vil hærde til plast efter at være blevet udsat for laserlys, oven på hinanden, igen og igen fra bunden til toppen. Til sidst tager objektet, såsom et kranium, form. Men hvis et stykke af printet hænger ud, som en bro eller en vinge på et fly, kræver det en form for flad støttestruktur for rent faktisk at udskrive, ellers vil harpiksen falde fra hinanden.

Forskerne præsenterer en metode til at hjælpe printerne med at leve op til deres navne og levere en "ægte" 3D-form for print. I et nyt papir i Nature , beskriver de en teknik med volumetrisk 3D-printning, der går ud over bottom-up, lagdelt tilgang. Processen eliminerer behovet for støttestrukturer, fordi harpiksen, den skaber, er selvbærende.

"Det, vi spekulerede på, er, om vi rent faktisk kunne udskrive hele bind uden at skulle udføre alle disse komplicerede trin?" sagde Daniel N. Congreve, adjunkt ved Stanford og tidligere stipendiat ved Rowland Institute, hvor hovedparten af ​​forskningen fandt sted. "Vores mål var simpelthen at bruge en laser, der bevægede sig rundt for virkelig at mønstre i tre dimensioner og ikke være begrænset af denne slags lag-for-lag-natur."

Nøglekomponenten i deres nye design er at omdanne rødt lys til blåt lys ved at tilføje det, der er kendt som en opkonverteringsproces til harpiksen, den lysreaktive væske, der bruges i 3D-printere, og som hærder til plastik.

Ved 3D-print hærder harpiks i en flad og lige linje langs lysets vej. Her bruger forskerne nanokapsler til at tilføje kemikalier, så det kun reagerer på en bestemt slags lys - et blåt lys i laserens brændpunkt, som er skabt af opkonverteringsprocessen. Denne stråle er scannet i tre dimensioner, så den udskriver på den måde uden at skulle lægges i lag på noget. Den resulterende harpiks har en større viskositet end ved den traditionelle metode, så den kan stå støttefrit, når den først er udskrevet.

"Vi designede harpiksen, vi designede systemet, så det røde lys ikke gør noget," sagde Congreve. "Men den lille prik af blåt lys udløser en kemisk reaktion, der får harpiksen til at hærde og bliver til plast. Grundlæggende betyder det, at du har denne laser, der passerer hele vejen gennem systemet, og først ved den lille blå får du polymerisationen. , [kun der] får du udskrivningen i gang. Vi scanner bare den blå prik rundt i tre dimensioner, og hvor som helst den blå prik rammer, polymeriserer den, og du får din 3D-printning."

Forskerne brugte deres printer til at producere et 3D Harvard-logo, Stanford-logo og en lille båd, en standard, men vanskelig test for 3D-printere på grund af bådens lille størrelse og fine detaljer som overhængende koøjer og åbne kahytter.

Forskerne, som inkluderede Christopher Stokes fra Rowland Institute, planlægger at fortsætte med at udvikle systemet til hastighed og at forfine det til at udskrive endnu finere detaljer. Potentialet ved volumetrisk 3D-print ses som en game changer, fordi det vil eliminere behovet for komplekse støttestrukturer og dramatisk fremskynde processen, når den når sit fulde potentiale. Tænk på "replikatoren" fra "Star Trek", der materialiserer objekter på én gang.

Men lige nu ved forskerne, at de har et godt stykke vej at gå.

"Vi er virkelig lige begyndt at ridse overfladen af, hvad denne nye teknik kunne gøre," sagde Congreve. + Udforsk yderligere

Ingeniører udvikler ny form for 3D-print