Pencetak 3D terbalik 25.03.2015

Untuk mencipta sesuatu yang benar-benar baru dalam teknologi yang telah wujud selama bertahun-tahun, anda sering perlu melihatnya dari sisi yang bertentangan. Kemungkinan besar, untuk ini anda juga perlu membalikkan segala-galanya atau membalikkannya. Oleh itu, enjin pembakaran dalaman menggantikan enjin pembakaran luaran, walaupun jurutera abad sebelum terakhir meramalkan penguasaan enjin stim pada masa hadapan.

Kini enjin wap kekal hanya dalam cerita hebat genre steampunk. Benar, enjin petrol sudah mempunyai peluang untuk kekal hanya pada halaman sejarah, memberi laluan kepada enjin elektrik. Terdapat banyak contoh sedemikian, ambil tetikus komputer yang sama yang telah berkembang daripada tikus bola dengan ekor kabel kepada laser dan tanpa wayar. Kini, transformasi radikal sedemikian boleh menjejaskan teknologi percetakan 3D, yang baru-baru ini telah tersedia secara meluas.

Terdapat beberapa teknologi pencetakan XNUMXD yang berbeza, intipatinya ialah penciptaan lapisan demi lapisan objek dengan bentuk yang diingini. Salah satu kaedah yang digunakan secara meluas ialah stereolitografi laser. Bagaimanakah ia berfungsi? Produk ini dicipta daripada fotopolimer cecair - bahan khas yang mengeras di bawah tindakan laser ultraviolet. Pancaran laser berjalan di sekitar kontur bahagian, kawasan yang diterangi olehnya menjadi pepejal, dan kawasan yang tidak terdedah kekal cair. Produk yang dicipta direndam lapisan demi lapisan dalam mandi polimer cecair. Apabila proses selesai, bahagian siap dikeluarkan dari tab mandi, polimer yang tidak bertindak balas dikeluarkan dan pemprosesan akhir dijalankan. Teknologi ini dibangunkan dengan baik dan digunakan di seluruh dunia. Tetapi dia mempunyai satu kelemahan - kelajuan, yang tidak melebihi beberapa milimeter sejam. Lagipun, anda sentiasa mahu mendapatkan hasil siap secepat mungkin, dan tidak menunggu setengah hari atau lebih lama, apabila ia akhirnya akan dicetak di sana.

Apa yang lambat tentang percetakan 3D? Ternyata peringkat paling perlahan dalam keseluruhan proses ialah pengawetan polimer. Dan perkara di sini bukan pada laser atau polimer itu sendiri, tetapi pada oksigen udara. Molekul gas ini larut dalam lapisan atas polimer cecair dan memperlahankan pengerasannya. Sinaran laser mencipta molekul aktif yang mula mengikat molekul bahan polimer antara satu sama lain supaya ia menjadi pepejal. Oksigen, sebaliknya, secara aktif mengganggu proses ini, akibatnya polimer mengeras lebih lama daripada yang boleh.

Sudah tentu, anda boleh meletakkan pencetak 3D di dalam ruang tertutup, yang akan mengandungi, katakan, nitrogen dan bukannya oksigen, tetapi ini akan merosakkan sepenuhnya salah satu kelebihan utama percetakan XNUMXD - kemudahan penggunaan. Walau bagaimanapun, ahli kimia, bersama-sama dengan jurutera, menghasilkan satu cara untuk mengarahkan aktiviti "memudaratkan" molekul oksigen ke saluran yang berguna untuk teknologi, dan dapat meningkatkan kelajuan pencetakan sebanyak seratus kali ganda. Untuk ini, hanya perlu membalikkan segala-galanya.

Bagaimana untuk menghalang oksigen daripada mencapai molekul polimer aktif? Oleh kerana pilihan dengan ruang tertutup hilang pada awalnya, satu lagi kekal: bagaimana jika pencetakan dilakukan bukan pada permukaan mandi dengan fotopolimer cecair, tetapi pada kedalaman di mana tidak satu molekul oksigen boleh mencapai dari permukaan? Sebagai contoh, buat tab mandi dengan bahagian bawah telus dan bersinar dengan laser bukan dari atas, tetapi dari bawah. Kemudian ia mungkin untuk mencetak bahagian itu, secara beransur-ansur menariknya keluar dari bawah lapisan polimer cecair. Pilihannya bagus, kecuali satu perkara - polimer akan mula mengeras tepat pada titik sentuhan dengan bahagian bawah lutsinar, dan bahagian yang dibuat hanya akan melekat pada tab mandi. Di sinilah terletaknya semua pengetahuan tentang ciptaan itu. Pemaju berjaya memastikan bahagian yang dikeluarkan tidak "terbakar" ke permukaan mandi. Dan membantu mereka dalam ini, cukup aneh, oksigen "buruk" yang sama.

Bahagian bawah mandi polimer cecair diperbuat daripada bahan Teflon khas, di mana molekul oksigen hampir boleh menembusi secara bebas, tetapi pada masa yang sama ia telus kepada sinaran laser ultraviolet. Apa yang berlaku? Molekul oksigen menembusi membran sedemikian dan larut dalam lapisan cecair berhampiran bawah. Pancaran laser yang bersinar melalui membran mengaktifkan molekul fotopolimer, dan mereka mula mengikat antara satu sama lain, tetapi lapisan nipis tepu dengan oksigen menghalangnya daripada melekat pada bahagian bawah. Ketebalan salutan "tidak melekat" sedemikian hanya beberapa puluh mikrometer - hampir sama dengan rambut manusia. Dengan mengimbangi kebolehtelapan membran, sifat-sifat fotopolimer, dan kuasa laser, keseluruhan proses pencetakan 3D boleh dibuat dengan sangat pantas.

Dalam eksperimen mereka, pembangun teknologi telah mencapai kelajuan 500 milimeter sejam, iaitu seratus kali lebih pantas daripada kelajuan pencetakan menggunakan stereolitografi laser konvensional. Dan produk bercetak muncul dengan hebat dari tab mandi yang dipenuhi dengan polimer cecair.