Nová, lehká 3D tiskárna by mohla vytvořit nástroje kosmické lodi v nulové gravitaci

Nová technika 3D tisku slibuje řemeslným objektům pomocí paprsků světla, které pomáhají všem profesionálům - od zoologů po lidi na palubě kosmických lodí, kteří potřebují nástroje v nulovém gravitačním stupni.

Technika popsaná v článku publikovaném ve čtvrtek v časopise Věda, zahrnuje svítící paprsky světla na žlutou kapalinu citlivou na světlo, aby se vytvořily pevné předměty. Tato nová technika funguje takto: Vědci vytvářejí 3D model objektu, který si přejí, vytvořit film a použít projektor k přenosu informací do rotujícího válce. Povaha kapaliny znamená, že uživatelé mohou v pryskyřici zapouzdřit další objekty; jedním příkladem je vytvoření rukojeti šroubováku kolem kusu kovu.

Hayden Taylor, odborný asistent strojního inženýrství na univerzitě v Kalifornii a vedoucí autor papíru, říká Inverzní že tato nová technika 3D tisku využívá stávající hardware, ale používá sofistikovanější použití svého softwaru.

„Přístroj potřebný pro nový proces je ve své podstatě jednoduchý: vyžaduje videoprojektor - který by mohl být standardním projektorem mimo kancelář - a stále se otáčející objem materiálu citlivého na světlo,“ říká Taylor. Vysvětluje, že složitou částí jsou výpočty, které se používají k překladu 3D modelu do videa, ale i to, že „lze v případě potřeby provádět s osobním počítačem“.

Tiskárna byla navržena s ohledem na skenování počítačovou tomografií, které lékaři používají k vyhledání nádorů odesláním elektromagnetických vln do těla. Tým potřeboval spočítat, kolik světla se má poslat a kdy se válec naplní celou pryskyřicí. Když světlo dopadne na pryskyřici, fotosenzitivní molekuly vyčerpají rozpuštěný kyslík a vytvoří pevnou strukturu. Zbývající materiál je opětovně použitelný pro jiné projekty a metoda prakticky nevytváří odpad.

To přijde v době, kdy 3D tisk zažívá něco renesance, následovat masový humbuk kolem oblasti v roce 2013. V posledních dvou měsících sám, vědci z Columbia University objevili způsob, jak 3D tisk dřeva, jiný tým demonstroval, jak mohou uživatelé vytvořit celou svatební scénu, a vědci z University of Michigan vytvořili metodu, která může tisknout objekty 100 krát rychleji než dříve.

Typické 3D tiskárny mají tendenci pracovat jako jejich protějšky z papíru, vrstvit buď plast ABS nebo kyselinu polymléčnou, aby postupně vytvářely předměty. Tato technika, známá jako modelování s tavnou depozicí, má tendenci vytvářet objekty při vysoké rychlosti, ale s nízkou přesností.

„Netlačíme vrstvy po vrstvách, jak je tradiční,“ říká Taylor. „V některých jiných procesech může použití vrstev představovat zavedení vnitřních dutin nebo defektů a výsledkem je méně než hladký povrch, což může vést ke snížení pevnosti nebo k tomu, že pevnost je silně řízená.“

Alternativní technika, známý jak stereolithography, použitý týmem na univerzitě Michiganu, používá ultrafialový laser vytvořit objekt v pryskyřici. Zní to podobně jako technika používaná Taylorovým týmem - dabovaný vypočtená axiální litografie - ale v této nové éře 3D tisku jsou mezi technikami zajímavé rozdíly.

„Nečerpáme komponentu v přímce, ale místo toho otočíme objem tisku vzhledem ke světelnému zdroji,“ říká Taylor. „To znamená, že můžeme vytvořit všechny body 3D objektu současně, nikoli postupně.

„Také v našem procesu nedochází během tisku k žádnému pohybu tištěného objektu vzhledem k okolnímu materiálu. To je bezprecedentní aspekt našeho přístupu, který nám umožňuje tisknout do materiálů s mimořádně vysokou viskozitou a eliminuje omezení rychlosti tisku, která mohou být aplikována na jiné procesy prouděním tekutiny. “

Jak tato nová technika může být použita na palubě kosmických lodí

Technika by se dokonce mohla ukázat jako užitečná pro kosmonauty ve vesmíru. Taylor říká, že je „jistě myslitelné, že by části vytvořené vypočítanou axiální litografií mohly být využity ve vesmíru,“ dodal, „že bych chtěl spekulovat, že beztíže by ve skutečnosti mohly být dalším přínosem pro tento proces.“

Hlavním problémem při používání CAL na Zemi je, že objekt se může v pryskyřici ponořit, jakmile je renderován. Tým navrhl pryskyřici tak, aby se objekt během procesu tisku nezachytil o žádnou měřitelnou vzdálenost, ale práce ve snížené gravitaci by mohla tuto změnu ještě zmenšit.

Pokud Elon Musk a podobně dosáhnou svého snu vyslat lidi na Mars a začít kolonii, možná pošlou své průzkumníky na červenou planetu s projektorem a obří vanou z pryskyřice, připravenou k řemeslu vlastních nástrojů. Aspoň by měli něco na sledování filmů.

Přečtěte si shrnutí příspěvku s názvem „Objemová aditivní výroba pomocí tomografické rekonstrukce“ níže:

Aditivní výroba slibuje obrovskou geometrickou svobodu a potenciál kombinovat materiály pro komplexní funkce. Omezení rychlosti, geometrie a kvality povrchu aditivních procesů jsou spojena se závislostí na vrstvení materiálu. Ukázali jsme souběžný tisk všech bodů v trojrozměrném objektu osvětlením rotujícího objemu fotocitlivého materiálu dynamicky se vyvíjejícím světelným vzorem. V inženýrských akrylátových polymerech tiskneme funkce až 0,3 mm, stejně jako tisk měkkých struktur s mimořádně hladkými povrchy do želatinového metakrylátového hydrogelu. Náš proces nám umožňuje konstruovat komponenty, které zapouzdřují již existující pevné objekty, což umožňuje výrobu více materiálů. Vyvinuli jsme modely pro popis rychlosti a prostorového rozlišení. Také jsme ukázali tiskové časy 30-120 s pro různé objekty v centimetrovém měřítku.