Pchanie druku 3D w przyszłość

Pchanie druku 3D w przyszłość

Znacznik czasu: 12 marca 2024 5:45
Węzeł źródłowy: 2512465
12 marca 2024 (Wiadomości Nanowerk) Druk 3D zmienił świat. Dzięki temu branża lotnicza, medyczna, motoryzacyjna, produkcyjna i wiele innych branż może dostosowywać części i prototypy w sposób, w jaki nigdy wcześniej nie było to możliwe. Znacząco zwiększyło elastyczność i efektywność kosztową, jednocześnie redukując ilość odpadów i czas produkcji. Jednak wiele materiałów drukowanych w 3D nie jest najmocniejszych. Zespół chemików i materiałoznawców z Sandia National Laboratories ma nadzieję to zmienić. Opracowali nowy proces drukowania, który umożliwia drukowanie mocniejszych materiałów niemetalicznych w rekordowym czasie, pięć razy szybciej niż w przypadku tradycyjnego druku 3D. „Otwiera zupełnie nowy świat tego, co można zbudować i do czego można wykorzystać materiały 3D” – powiedział Samuel Leguizamon, naukowiec zajmujący się materiałami. Prowadził zespół, który się rozwinął SWOP, co oznacza selektywne drukowanie 3D z metatezą olefin o podwójnej długości fali. Jak sama nazwa wskazuje, w przeciwieństwie do tradycyjnego procesu drukowania, wykorzystuje światło o dwóch długościach fali. Selektywna metateza olefin o podwójnej długości fali – drukowanie 3D SWOMP, czyli selektywna metateza olefin o podwójnej długości fali, drukowanie 3D, wykorzystuje jednocześnie dwie długości fali światła, aby zmienić sposób drukowania niektórych materiałów w 3D. (Grafika: Samuel Leguizamon)

Jak działa druk 3D

Tradycyjnie drukowanie 3D w kadziach odbywa się poprzez napromieniowanie kadzi światłoczułej płynnej żywicy w pożądany wzór. Gdy żywica jest wystawiona na działanie światła spod kadzi, utwardza ​​się i twardnieje, tworząc warstwę polimeru. Utwardzony polimer jest następnie podnoszony i pod spodem rzutowany jest nowy wzór w celu utwardzenia kolejnych warstw. Jedno wyzwanie: w miarę utwardzania polimer przylega do poprzedniej warstwy i do dna kadzi. Po każdej warstwie utwardzony polimer należy powoli ściągać z kadzi, aby zapobiec uszkodzeniom, co znacznie spowalnia proces drukowania 3D. Inna twórczyni Leah Appelhans powiedziała, że ​​to trochę jak pieczenie ciasteczek. „Po upieczeniu ciasteczek musisz je ostudzić” – powiedziała. „Jeśli spróbujesz oderwać ciepłe ciasteczko od blachy, okaże się, że jest gąbczaste i rozpada się. To samo stałoby się z drukarką 3D, jeśli spróbujesz szybko wydrukować każdą warstwę. Twoja praca uległaby zdeformowaniu”. Leguizamon, Appelhans, były pracownik Sandii Jeff Foster i naukowiec zajmujący się polimerami Alex Commisso wymyślili sposób na szybsze schłodzenie „ciasteczek”.

Twoja przeglądarka nie obsługuje znacznika video.

Światło UV i niebieskie

Kluczem jest połączenie dwóch świateł. W tym przypadku ultrafiolet i światło niebieskie. Zespół zainspirował się techniką znaną jako ciągły druk płynny oraz metodą drukowania wykorzystującą światło o dwóch długościach fali do polimeryzacji na bazie akrylu. Dzięki niemu stworzyli SWOMP. „Nadal drukujesz warstwa po warstwie, ale używasz drugiej długości fali światła, aby zapobiec polimeryzacji na dnie kadzi. Dzięki temu nie przylega do dna” – powiedział Leguizamon. „Oznacza to, że można szybciej podnieść utwardzoną część polimerową i znacznie przyspieszyć proces drukowania”.

Zwiększanie wytrzymałości materiałów 3D

Ale w tym nowym procesie chodzi nie tylko o wydajność. Chodzi o to, aby materiały drukowane w 3D były mocniejsze i bardziej wszechstronne. Większość materiałów drukowanych metodą polimeryzacji kadziowej jest na bazie akrylu, a nie najmocniejszego materiału. „Naprawdę trudno jest zastosować te materiały w samolotach, przestrzeni kosmicznej, przemyśle lotniczym i motoryzacyjnym; są to bardzo trudne warunki” – powiedział Bob Sleeper, dyrektor ds. licencji w Sandii. Zespół ten zajął się materiałem dicyklopentadienem, który jest powszechnie stosowany w produkcji farb, lakierów i środków zmniejszających palność do tworzyw sztucznych. Udało im się opracować sposób szybszej polimeryzacji pod wpływem światła, dzięki czemu można go efektywniej wykorzystywać w druku 3D. „Zmieniliśmy elementy składowe materiałów z akrylu na olefiny” – powiedział Leguizamon. „Dzięki temu możemy drukować materiały o wiele wytrzymalsze”. „Na tym polega piękno tego, co robią” – stwierdził Sleeper. „Macie do dyspozycji bardzo wysokiej jakości plastikowe części, które są wykonane bardzo precyzyjnie przy użyciu światła w bardzo nowatorski sposób”.

Otwarcie nowego świata druku 3D

Zespół ten ma nadzieję, że ich nowy proces drukowania otworzy świat druku 3D. Chociaż projekt był początkowo finansowany w ramach szybkiego, trzymiesięcznego programu Exploratory Express, obecnie jest finansowany w ramach programu dojrzewania technologii Sandia. „Próbujemy zbudować zestaw narzędzi z dostępnych materiałów” – powiedział Appelhans. „Chcemy, aby projektanci, badacze, inżynierowie mogli wybrać rodzaj materiału, jakiego chcą użyć”. Mają nadzieję, że pewnego dnia zobaczą wydrukowane w 3D części w rakietach, silnikach, bateriach, a może nawet w zastosowaniach termojądrowych. Leguizamon powiedział, że rozmawia już z badaczami z Lawrence Livermore National Laboratory w celu zbadania zastosowań. „Okazuje się, że monomery są już stosowane w komponentach termojądrowych” – powiedział. „Zwykle nie myślisz o polimerze stosowanym w syntezie, ale ma on naprawdę fajny i ekscytujący potencjał”. Zespół widzi także świat, w którym drukowanie 3D można łatwiej wykonać w odległych obszarach. „Przyglądamy się lokalizacjom, w których maszyny i części nie są łatwo dostępne; jak w kosmosie, na Księżycu czy na Bliskim Wschodzie, w amerykańskiej bazie wojskowej” – powiedział Sleeper. „Możesz zabrać ze sobą trochę lekkich materiałów i na miejscu zrobić wszystko, czego potrzebujesz”. Leguizamon, który dorastał w małym miasteczku Wagener w Południowej Karolinie, również myśli o aplikacjach, które mogłyby pomóc bliżej domu. „Mam konie” – powiedział. „Dorastałem na wsi, mój tata był kowalem, więc myślę o tym, jak zrobić podkowy dla koni wyścigowych. Muszą być odporne na uderzenia, ale zmieniając właściwości materiału, można lepiej rozłożyć naprężenia i uderzyć w odpowiedniej przestrzeni na kopyta. Można o tym pomyśleć jak o wkładkach dla koni. Możliwości są nieskończone. „Myślę, że tym, co przyciągnęło mnie do chemii, był przede wszystkim potencjał stworzenia czegoś, co nigdy wcześniej nie istniało” – powiedział Appelhans. „Zabawną rzeczą w drukowaniu 3D jest to, że stosujesz tę wiedzę chemiczną do czegoś, co daje bardzo konkretny wynik. Coś, co możesz zobaczyć i trzymać w dłoniach.”

Znak czasu:

Więcej z Nanowerk