En ny, lysbaseret 3D-printer kunne skabe rumskibsværktøjer i nul tyngdekraft

En ny 3D trykningsteknik lover at lave genstande ved hjælp af lysstråler, der hjælper alle fagfolk - fra zoologer til mennesker ombord på rumskibe, der skal lave værktøjer i tyngdekraften.

Teknikken, beskrevet i et papir, der blev offentliggjort torsdag i tidsskriftet Videnskab, involverer skinnende lysstråler på en gul lysfølsom væske for at skabe faste genstande. Sådan virker denne nye teknik: Forskere opretter en 3D-model af objektet de ønsker, skaber en film og bruger en projektor til at stråle informationen i en roterende cylinder. Væskens art betyder, at brugere kan omslutte andre genstande i harpiks; At skabe et skruetrækkerhåndtag rundt om et stykke metal er et sådant eksempel.

Hayden Taylor, assisterende professor i maskinteknik ved University of California og seniorforfatter af et papir, fortæller Inverse at denne nye 3D-printteknik bruger eksisterende hardware, men gør mere sofistikeret brug af dens software.

"Apparatet der kræves til den nye proces er i sig selv simpelt: det kræver en videoprojektor - som kunne være en standard off-shelf projektor - og et stadig roterende volumen af ​​det lysfølsomme materiale," siger Taylor. Den vanskelige del, forklarer han, er de beregninger, der bruges til at oversætte 3D-modellen til en video - men selv det "kan udføres med en personlig computer, hvis det er nødvendigt."

Printeren blev designet ved at se på computertomografiske scanninger, som lægerne bruger til at finde tumorer ved at sende elektromagnetiske bølger ind i kroppen. Holdet havde brug for at beregne, hvor meget lys der skulle sendes og hvornår som cylinderens fulde harpiks drejede. Som lyset rammer harpiksen nedbryder fotosensitive molekyler det opløste ilt for at skabe en solid struktur. Det resterende materiale kan genbruges til andre projekter, og metoden skaber stort set intet affald.

Det kommer på et tidspunkt, hvor 3D-udskrivning oplever noget af en renæssance, der følger massiv hype omkring området i 2013. De sidste to måneder alene har forskere ved Columbia University opdaget en måde at 3D-print træ på, et andet hold viste, hvordan brugerne kan skabe en hel bryllups scene, og forskere ved University of Michigan har skabt en metode, der kan udskrive objekter 100 gange hurtigere end før.

Typiske 3D-printere har en tendens til at fungere som deres papirbaserede modstykker, der laver enten ABS-plast eller polymælkesyre til gradvist at danne genstande. Denne teknik, kendt som fusioneret deponeringsmodellering, har tendens til at fremstille objekter med høj hastighed, men lav nøjagtighed.

"Vi udskriver ikke lag for lag, som det er traditionelt," siger Taylor. "I nogle andre processer risikerer brugen af ​​lag at indføre indre hulrum eller defekter og resulterer i en mindre end glat overflade, som begge kan reducere styrke eller styrke styrke.

En alternativ teknik, kendt som stereolitografi, som bruges af holdet ved University of Michigan, bruger en ultraviolet laser til at skabe et objekt i harpiks. Det ligner den teknik, der bruges af Taylors team - kaldet Beregnet aksial litografi - men der er nogle interessante forskelle mellem teknikker i denne nye æra af 3D-udskrivning.

"Vi tegner ikke komponenten i en lige linje, men i stedet roterer trykstyrken i forhold til lyskilden," siger Taylor. "Dette betyder, at vi virkelig kan skabe alle punkter i et 3D-objekt samtidigt i stedet for sekventielt.

"I vores proces er der heller ikke bevægelse af det trykte objekt i forhold til det omgivende materiale under udskrivning. Dette er et hidtil uset aspekt af vores tilgang, der gør det muligt for os at udskrive i usædvanligt høje viskositetsmaterialer og eliminerer de trykbegrænsninger, der kan pålægges andre processer ved væskestrøm."

Hvordan denne nye teknik kan bruges ombord rumskibe

Teknikken kunne endog vise sig gavnlig for astronauter i rummet. Taylor siger, at det er "helt sikkert tænkeligt, at dele fremstillet af computed axial lithography kunne bruges i rummet" og tilføjede at "jeg ville spekulere på, at vægtløshed faktisk kunne være en ekstra fordel for processen."

Hovedproblemet med at bruge CAL på jorden er, at objektet kan synke i harpiksen, som det bliver gjort. Holdet har designet harpiksen, så objektet ikke synker under trykprocessen med nogen målelig afstand, men at arbejde i reduceret tyngdekraft kan få det til at ændre sig endnu mindre.

Hvis Elon Musk og lignende opnår deres drøm om at sende mennesker til Mars og starte en koloni, vil de måske sende deres opdagelsesrejsende ud til den røde planet med en projektor og et kæmpe vat af harpiks, klar til at lave deres egne redskaber. I det mindste ville de have noget at bruge til at se film.

Læs abstraktet af papiret med titlen "Volumetrisk additivproduktion via tomografisk rekonstruktion" nedenfor:

Additive fremstilling lover enorm geometrisk frihed og potentialet til at kombinere materialer til komplekse funktioner. Hastigheden, geometrien og overfladekvalitetsbegrænsningerne af additivprocesser er forbundet med afhængigheden af ​​materialelagring. Vi demonstrerede samtidig udskrivning af alle punkter inden for et tredimensionelt objekt ved at belyse et roterende volumen lysfølsomt materiale med et dynamisk udviklende lysmønster. Vi udskriver funktioner så små som 0,3 mm i tekniske akrylatpolymerer såvel som trykning af bløde strukturer med usædvanligt glatte overflader i en gelatinemethacrylathydrogel. Vores proces gør det muligt for os at konstruere komponenter, der omfatter andre eksisterende eksisterende genstande, hvilket gør det muligt at producere flere materialer. Vi udviklede modeller til at beskrive hastigheds- og rumlig opløsningskapacitet. Vi viste også tryktider på 30-120 s for forskellige centimeter-skala objekter.