Вместо обычного способа 3D-печати сложных объектов слой за слоем с помощью пластиковых нитей, ученые из Мичиганского университета предлагают использовать иной метод, который позволяет не только существенно повысить скорость самой печати, но и увеличить долговечность создаваемого объекта вместе с его износостойкостью. Работа, описывающая их изобретение, опубликована журналом Science Advances. Пресс-релиз проекта опубликован на сайте университета.
Технологии 3D-печати способны оказывать неоценимую помощь при относительно небольших объемах производства, например, там, где требуется создание не более 10 000 идентичных предметов. В этом случае 3D-печать позволяет экономить на литейных формах, стоимость которых может составлять десятки тысяч долларов. К сожалению, самая распространенная на сегодняшний день форма 3D-печати, когда объект создается послойно, не способна справиться с поставленной целью за стандартный производственный срок в две недели.
«При использовании традиционных подходов 3D-печати это попросту невозможно, если у вас нет сотен таких машин», — комментирует руководитель исследования Тимоти Скотт, профессор инженерии Мичиганского университета, который совместно с коллегой Марком Бернсом представил новый подход к 3D-печати.
Новый метод, предложенный учеными, включает в себя затвердевание жидкой смолы с помощью двух направленных источников света. Использование этих источников света позволяет контролировать, где смола затвердевает, а где – остается жидкой. Такой подход дает возможность укрепить смолу в более сложных моделях. Например, при использовании нового метода, исследователи создали трехмерный барельеф за один раз, а не серией одномерных линий или двумерных сечений. В качестве других примеров инженеры из Мичиганского университета напечатали таким образом решетку, игрушечную лодку и фигуру в виде буквы М.
«Это один из по-настоящему первых полноценных 3D-принтеров», — заявляет Бернс.
Авторы разработки уточняют, что один из источников света необходим для начала реакции затвердевания, а другой используется для ее остановки, что позволяет точно контролировать печать как во времени, так и в пространстве. У нового метода тем не менее имеются недостатки: смола имеет тенденцию затвердевать в окне, через которое проходит свет, останавливая печать, как только она начинается. В то же время, при создании относительно большой области, где не происходит затвердевания, более толстые слои смолы — допустим, с примесью порошковых добавок — его можно использовать для производства более долговечных объектов. Этот метод, по сравнению с обычной печатью с помощью нитей, также позволяет создавать более конструктивно надежные предметы, поскольку объекты, напечатанные традиционным способом, как правило имеют слабые места на границах стыка между слоями.
Примеры объектов, созданных Скоттом и Бернсом с помощью нового метода 3D-печати:
«С помощью этого метода можно создавать существенно более прочные и износостойкие материалы», — добавляет Скотт.
Ключом к успеху стала химия смолы. В обычных системах происходит только одна реакция: фотоактиватор делает смолу твердой везде, где светит свет. В системе, разработанной Скоттом и Бернсом, помимо фотоактиватора используется еще и фотоингибитор, который реагирует на другую длину волны света. Вместо обычного контроля затвердевания в двумерной плоскости, как это обычно происходит при использовании современных методов печати, мичиганская команда может применять два вида света для затвердевания смолы практически в любой трехмерной плоскости рядом с окном.
Университет уже подал три заявки на получение патентов, чтобы защитить множество изобретательских аспектов, предложенных в новом подходе. Сам Тимоти Скотт решил открыть собственный стартап.
Будущее домашней 3D-печати
Несмотря на то, что технологии 3D-печати существуют на рынке уже несколько лет, массовыми они пока так и не стали, хотя мир изменить обещали. Польза от подобных технологий уже очевидна в медицине и промышленности, однако массовая домашняя 3D-печать все еще кажется далекой перспективой.
По мнению Михаила Королева, нашего эксперта в области 3D-печати, одна из основных проблем связана с отсутствием библиотек с широким выбором возможных 3D-моделей. Даже в самых известных библиотеках много контента низкого качества. Модели зачастую не оптимизированы под возможности принтеров и могут содержать большое число ошибок. При этом, далеко не все обладают навыками, позволяющими самостоятельно создавать нужные 3D-модели.
Другой вопрос заключается в скорости самой печати. На создание одной вещи может уходить десятки часов. Разработки, подобные представленной специалистами Мичиганского университета, направлены, в том числе и на решение этой проблемы.
В то же время домашние инструменты для аддитивного производства, при должном уровне потребительской направленности, могут стать незаменимым инструментом для создания и восстановления сломавшихся бытовых вещей. Потерял или сломал крышку телевизионного пульта – скачал из Интернета нужную модель и распечатал ее на своем домашнем принтере. Удобно же. Через несколько лет действительно любой желающий сможет распечатать у себя дома любую нужную вещь: любую запчасть для бытовой техники, мебель, деталь для машины. Пока же все это видится исключительно сферой для энтузиастов, но сфера постепенно развивается, что не может не радовать.
Обсудить перспективы развития производственной и домашней 3D-печати можно в нашем Telegram-чате.
