Jauns, apgaismots 3D printeris var izveidot kosmosa rīkus Zero Gravity

Jauna 3D drukāšanas tehnika sola amatniecības priekšmetus, izmantojot gaismas starus, palīdzot visiem profesionāļiem - no zooloģistiem līdz cilvēkiem, kas atrodas uz kosmosa kuģiem, kuriem nepieciešams veikt nulles smaguma rīkus.

Metode, kas aprakstīta žurnālā publicētajā ceturtdienā Zinātne, ietver spīdošus gaismas starus uz dzeltenā gaismas jutīgā šķidruma, lai radītu cietus priekšmetus. Šī jaunā tehnika darbojas šādi: Zinātnieki izveido 3D objekta modeli, kuru viņi vēlas, izveido filmu un izmanto projektoru informācijas pagriešanai rotējošā cilindrā. Šķidruma veids nozīmē, ka lietotāji var iesaiņot citus priekšmetus sveķos; viens no piemēriem ir skrūvgrieža roktura izveide ap metāla gabalu.

Kalifornijas Universitātes mašīnbūves asistents un papīra vecākais autors Hayden Taylor stāsta Apgrieztā ka šī jaunā 3D drukas metode izmanto esošo aparatūru, bet padara tās programmatūru sarežģītāku.

“Jaunajam procesam nepieciešamā aparatūra ir vienkārša: tai ir nepieciešams video projektors, kas varētu būt standarta projektoru izvilkums, un vienmērīgi rotējošs gaismas jutīga materiāla apjoms,” saka Taylor. Viņš paskaidro, ka sarežģītā daļa ir aprēķini, ko izmanto, lai pārvērstu 3D modeli video, bet pat to “var veikt ar personālo datoru, ja nepieciešams.”

Printeris tika izstrādāts, aplūkojot datortomogrāfijas skenēšanu, ko ārsti izmanto, lai atrastu audzējus, nosūtot elektromagnētiskos viļņus organismā. Komandai bija jāaprēķina, cik daudz gaismas jānosūta un kad cilindra pilna sveķu rotācija. Tā kā gaisma nonāk sveķos, gaismjutīgas molekulas noārda izšķīdušo skābekli, lai izveidotu cietu struktūru. Atlikušais materiāls ir atkārtoti izmantojams citiem projektiem, un metode praktiski nerada atkritumus.

Tas nāk laikā, kad 3D drukāšana piedzīvo kaut ko no jauna, pēc 2013. gada masveida hipotēkas. Pēdējos divos mēnešos tikai Kolumbijas universitātes pētnieki ir atklājuši ceļu uz 3D drukāto koku, otra komanda parādīja, kā lietotāji var izveidojiet visu kāzu skatuvi, un Mičiganas Universitātes pētnieki ir izveidojuši metodi, kas var izdrukāt objektus 100 reizes ātrāk nekā iepriekš.

Tipiski 3D printeri mēdz strādāt tāpat kā kolēģi, kas izgatavoti no papīra, kas uzlīmē vai nu ABS plastmasu, vai polimātisko skābi, lai pakāpeniski veidotu objektus. Šī metode, kas pazīstama kā kausēta nogulsnēšanās modelēšana, mēdz ražot objektus ar lielu ātrumu, bet zemu precizitāti.

„Mēs nepārdrukājam slāni pa slānim, kā tas ir tradicionāli,” saka Taylor. “Dažos citos procesos slāņu izmantošana var radīt iekšējās tukšumu vai defektus, un tā rezultātā virsma ir mazāk nekā gluda, kas var samazināt spēku vai padarīt izturību ļoti virzienā.”

Alternatīva metode, kas pazīstama kā stereolitogrāfija un ko izmanto Mičiganas Universitātes komanda, izmanto ultravioleto lāzeru, lai radītu objektu sveķos. Tas izklausās līdzīgi Taylor komandas izmantotajai metodei aprēķinātā aksiālā litogrāfija - bet šajā jaunajā 3D drukāšanas laikmetā ir dažas interesantas atšķirības starp metodēm.

„Mēs neizmantojam komponentu taisnā līnijā, bet pagriežam drukāšanas apjomu attiecībā pret gaismas avotu,” saka Taylor. “Tas nozīmē, ka mēs varam patiesi izveidot visus 3D objekta punktus vienlaicīgi, nevis secīgi.

„Arī mūsu procesā drukāšanas laikā nav iespiestā objekta kustības attiecībā pret apkārtējo materiālu. Tas ir mūsu pieejas bezprecedenta aspekts, kas ļauj drukāt uz ārkārtīgi augstiem viskozitātes materiāliem un novērš drukas ātruma ierobežojumus, kurus var uzlikt citiem procesiem ar šķidruma plūsmu. ”

Kā šī jaunā tehnika varētu tikt izmantota kosmosa kuģos

Šī tehnika pat var izrādīties noderīga kosmosa astronautiem. Taylor saka, ka „noteikti ir iespējams, ka aprēķinātā aksiālā litogrāfija izgatavotās daļas varētu izmantot kosmosā,” piebilstot, ka „es spekulētu, ka svarīgums faktiski varētu būt papildu ieguvums procesam.”

Galvenā problēma, lietojot CAL uz Zemes, ir tāda, ka objekts var nonākt sveķos, kā tas tiek darīts. Komanda ir izstrādājusi sveķus tā, lai objekts netiktu nogremdēts drukāšanas procesa laikā ar izmērāmu attālumu, bet darbs ar samazinātu smagumu varētu padarīt šo izmaiņu vēl mazāku.

Ja Elons Muskuss un tamlīdzīgi sasniegtu sapni par cilvēku nosūtīšanu uz Marsu un koloniju, varbūt viņi sūtīt savus pētniekus uz sarkano planētu ar projektoru un milzu vati no sveķiem, kas ir gatavi strādāt ar saviem instrumentiem. Vismaz viņiem ir kaut kas, ko izmantot filmu skatīšanai.

Izlasiet darba kopsavilkumu ar nosaukumu “Volumetriskā piedevu ražošana ar tomogrāfiskās rekonstrukcijas palīdzību”:

Piedevu ražošana sola milzīgu ģeometrisko brīvību un iespēju apvienot materiālus sarežģītām funkcijām. Piedevas procesu ātrums, ģeometrija un virsmas kvalitātes ierobežojumi ir saistīti ar atkarību no materiāla slāņa. Mēs parādījām visu trīsdimensiju objekta visu punktu drukāšanu vienlaicīgi, apgaismojot gaismas jutīga materiāla rotējošu tilpumu ar dinamiski attīstošu gaismas modeli. Inženiertehniskos akrilāta polimēros mēs izdrukājam mazāk kā 0,3 mm, kā arī izdrukājam mīkstās struktūras ar ārkārtīgi gludām virsmām želatīna metakrilāta hidrogēnā. Mūsu process ļauj mums konstruēt komponentus, kas aptver citus jau esošus cietos priekšmetus, ļaujot izgatavot vairākus materiālus. Mēs izstrādājām modeļus, lai aprakstītu ātruma un telpiskās izšķirtspējas iespējas. Mēs demonstrējām arī 30-120 s drukāšanas laikus dažādiem centimetru mēroga objektiem.