Pētnieki Lawrence Livermore (LLNL) Nacionālajā laboratorijā un Kalifornijas Bērklijas universitātē (ASV) ir radījuši 3D printeri, kas spēj gandrīz uzreiz izveidot visu objektu, nevis printē to slāni pa slānim kā tipiskas pievienojošās ražošanas ierīces. Tajā izmantotā jaunā 3D printēšanas tehnoloģija daudzkārt pārspēj esošās tehnoloģijas drukas ātruma ziņā.
Izgudrotāju radītā iekārta nosaukta par "replikatoru", - pēc Star Trek sērijas fantastikas filmās redzamās ierīces, kas spēj radīt jebkuru objektu pēc pieprasījuma, - jaunradītais 3D printeris izmanto gaismu, lai tikai dažu minūšu laikā pārveidotu biezus šķidrumus sarežģītos cietos objektos. Turklāt tas var radīt sevišķi sarežģītus objektus, kas ir gludāki, elastīgāki un detalizētāki par tradicionālo 3D printeru radītajiem. Tas tiek īstenots, apvienojot standarta projektoru un rotējošu flakonu, kas piepildīts ar šķidrumu, kas sacietē, kad tiek pakļauts gaismas iedarbībai.
Pētnieki izmantoja jauno 3D drukas tehnoloģiju, lai izveidotu Rodēna "Domātāja" skulptūras modeli. Autortiesības: UC Berkeley foto, Stephen McNally
"Būtībā jums ir videospēļu projektors, ko es burtiski atnesu no mājām, pievienojiet to klēpjdatoram un izmantojiet, lai projektētu virkni ciparu attēlus, kurus projicē uz 3D drukāšanas škidruma flakonā, kamēr motors šo flakonu rotē, "stāsta Heidens Teilors (Hayden Taylor), Bērklijas mehāniskās mašīnbūves asistējošais profesors un vecākais autors rakstam, kas skaidro jaunā 3D printera darbības principus, kas nupat tika publicēts tiešsaistē žurnālā Science.
Jaunā 3D printēšanas tehnoloģija ir iedvesmota no medicīnā izmantojamās datortomogrāfijas, kurā rentgenstari tiek projicēti organismā no dažādiem leņķiem, lai izveidotu kaulu vai audu ģeometrijas telpisku attēlu. Pētnieki pamainīja šo principu - nevis tikai izmērīja objektu, bet arī radīja vienu.
3D printeris Replikators. Autortiesības: UC Berkeley foto, Hayden Taylor
Procesu sauc par aprēķināto aksiālo litogrāfiju (Computed Axial Lithography - CAL), tas sākas ar Datorizētās projektēšanas (CAD) modeli. Pētnieki izmanto projicētus fotonus, lai apgaismotu gaismjūtīgus sīrupam līdzīgus sveķus, veidojot nepārtraukti mainīgu video projekciju, kad flakons rotē. Projekcija tiek aprēķināta katrā leņķī, pētnieki izmanto optimizācijas algoritmu, un rezultāts ir attēlu sērija, kas parādās kā rotējoša video projekcija, ko var atskaņot ar ātrumu, kas pielāgots sveķu flakona rotācijai. Tāpat kā reversā veikta CT skenēšana, gaismas projekcijas apvienojas, veidojot 3D objektu, kas ir sacietējis sveķos. Pēc dažām minūtēm parādās 3D struktūra, pētnieki pārtrauc iedarbību un iztukšo neapstrādāto šķidrumu, atstājot tikai gatavo produktu. Izmantojot projektoru vairāku lāzera staru vietā, pētnieki parādīja, ka tie spēj nodrošināt pat 1440 dažādas projekcijas (četrus starus katrā 3D telpas pagriezienā) šķidrajos rotējošajos sveķos.
Pētnieki noformulēja biezu, sīrupisku šķidrumu, kas sacietē, kad tas ir pakļauts noteiktam gaismas slieksnim. Autortiesības: UC Berkeley foto, Stephen McNally
3D drukas sveķi sastāv no šķidriem polimēriem, kas sajaukti ar gaismjutīgām molekulām un izšķīdušu skābekli. Gaisma aktivizē gaismjutīgo savienojumu, kas izmanto skābekli. Tikai tajos sveķu telpas reģionos, kur viss skābeklis ir izlietots, polimēri izveido "savstarpējās saites", kas pārveido sveķus no šķidruma par cietu materiālu. Neizlietotos sveķus var pārstrādāt, karsējot to skābekļa atmosfērā, teica Taylor.
Līdz šim komanda ir izveidojusi vairākus dažādus objektus, izmantojot jauno printeri, no mazās Rodēna "Domātāja" skulptūras kopijas līdz pielāgotam žokļa kaulu modelim. Pašlaik viņi var izgatavot objektus ar diametru līdz 100 mm.
"Šis ir pirmais gadījums, kad mums nav nepieciešams printēt 3D objektu slāni pa slānim," sacīja Brets Kellijs (Brett Kelly), pirmais līdzautors rakstam, kurš pabeidza darbu pie jaunā printera izstrādes, kamēr absolvēja un kopīgi strādāja UC Berkeley un Lawrence Livermore Nacionālajā laboratorijā. "Tas padara 3D drukāšanu patiesi trīsdimensionālu." Zinātnieki saka, ka tehnoloģija spēj pārveidotun uzlabot izstrādes un ražošanas procesus daudziem tirgū pieprasītiem produktiem, sākot ar protēzēm un beidzot ar briļļu lēcām.
Svarīgi, ka tas var arī papildināt jau esošu objektu ar jauniem materiāliem un formām. Piemēram, pētnieki sveķos ievietoja skrūvgriezi, pēc tam izmantoja savu 3D printeri, lai izgatavotu tam rokturi.
UC Berkeley pētnieki izmantoja jauno, uz gaismu balstītu 3D drukas tehniku, lai pievienotu rokturi uz skrūvgrieža gala. Autortiesības: UC Berkeley foto, Stephen McNally
"Es domāju, ka tas ir ceļš uz vēl labāku dažādu objektu pielāgošanu un uzlabošanu neatkarīgi no tā, vai tās ir protēzes vai skriešanas apavi," teica Teilors. "Fakts, ka jūs varētu paņemt metālisku komponentu vai kaut ko no cita ražošanas procesa un pievienot pielāgojamai ģeometrijai, es domāju, ka tas var mainīt veidu, kādā produkti ir izstrādāti."
Skatiet zemāk redzamo videoklipu, kas plašāk apraksta jauno 3D drukāšanas ar gaismu tehnoloģiju:
Avots: 3ders.org