חדש, אור מבוסס מדפסת 3D יכול ליצור כלי חללית אפס כוח הכבידה

טכניקת הדפסה תלת מימדית חדשה מבטיחה לעצב חפצים באמצעות קרני אור, המסייעת לכל מיני אנשי מקצוע - מזואולוגים לאנשים בחללית שצריכים לייצר כלים באפס הכבידה.

הטכניקה, המתוארת במאמר שפורסם ביום חמישי בכתב העת מדע, כרוך קרני אור זוהר על נוזל צהוב רגיש לאור ליצור אובייקטים מוצקים. הנה איך זה עובד טכניקה חדשה: מדענים ליצור מודל 3D של האובייקט שהם רוצים, ליצור סרט, ולהשתמש מקרן כדי להפוך את המידע לתוך גליל מסתובב. אופי הנוזל פירושו שמשתמשים יכולים לעטוף חפצים אחרים שרף; יצירת ידית מברג סביב פיסת מתכת היא דוגמה אחת כזו.

היידן טיילור, פרופסור להנדסת מכונות באוניברסיטת קליפורניה ומחבר בכיר של מאמר, אומר הפוך כי זו טכניקה חדשה 3D הדפסה משתמשת בחומרה הקיימת אבל עושה שימוש מתוחכם יותר של התוכנה שלה.

"המנגנון הדרוש לתהליך החדש הוא פשוט פשוט: הוא דורש מקרן וידאו - מה שיכול להיות סטנדרטי של מקרן המדף - ואת נפח מסתובב בהתמדה של חומר רגיש לאור," טיילור אומר. החלק המסובך, הוא מסביר, הוא החישובים המשמשים לתרגום המודל התלת-ממדי לסרטון - אבל גם זה "יכול להתבצע עם מחשב אישי במידת הצורך".

המדפסת עוצבה על ידי בדיקת סריקות טומוגרפיה ממוחשבת, המשמשות את הרופאים למצוא גידולים על ידי שליחת גלים אלקטרומגנטיים לגוף. הצוות צריך לחשב כמה אור לשלוח וכאשר גליל שרף מלא מסובב. כאשר האור פוגע שרף, מולקולות רגיש לרוקן את החמצן מומס ליצור מבנה מוצק. החומר שאריות הוא לשימוש חוזר עבור פרויקטים אחרים, ואת השיטה יוצרת כמעט שום בזבוז.

זה מגיע בזמן הדפסה 3D הוא חווה משהו הרנסנס, בעקבות ההייפ ההמוני סביב האזור בשנת 2013. בחודשיים האחרונים בלבד, חוקרים באוניברסיטת קולומביה גילו את הדרך עץ הדפסה 3D, צוות אחר הדגים כיצד משתמשים יכולים ליצור סצינה חתונה שלמה, חוקרים מאוניברסיטת מישיגן יצרו שיטה שיכולה להדפיס חפצים 100 פעמים מהר יותר מאשר קודם.

מדפסות 3D אופייניות נוטות לעבוד כמו עמיתים מבוססי נייר שלהם, שכבת למעלה או ABS פלסטיק או חומצה polyylactic כדי ליצור אובייקטים בהדרגה. טכניקה זו, הידועה בשם דוגמנות תצהיר התמזגו, נוטה לייצר חפצים במהירות גבוהה אבל דיוק נמוך.

"אנחנו לא להדפיס שכבת אחר שכבה, כפי שהוא מסורתי," אומר טיילור. "בתהליכים אחרים, השימוש בשכבות מסכן את החדרת חללים פנימיים או פגמים ותוצאות משטח פחות חלקות, שתיהן עשויות להפחית כוח או להפוך את הכוח לכיווני".

טכניקה חלופית, המכונה stereolithography, המשמש את צוות באוניברסיטת מישיגן, משתמשת לייזר אולטרה סגול כדי ליצור אובייקט שרף. זה נשמע דומה טכניקה בשימוש על ידי צוות של טיילור - dubbed חישוב ליתוגרפיה צירית - אבל יש כמה הבדלים מעניינים בין טכניקות בעידן חדש זה של הדפסה 3D.

"אנחנו לא מציירים את הרכיב בקו ישר, אלא מסובבים את נפח ההדפסה ביחס למקור האור", אומר טיילור. "זה אומר שאנחנו יכולים באמת ליצור את כל הנקודות של אובייקט 3D בו זמנית ולא ברצף.

"כמו כן, בתהליך שלנו, אין תנועה של האובייקט המודפס ביחס לחומר שמסביב במהלך ההדפסה. זהו היבט חסר תקדים בגישה שלנו המאפשר לנו להדפיס חומרי צמיגות גבוהים במיוחד ומבטל את מגבלות מהירות ההדפסה שניתן להטיל על תהליכים אחרים על ידי זרימת נוזל ".

כיצד טכניקה חדשה זו עשויה להיות בשימוש על ספינות חלל

הטכניקה יכולה אפילו להוכיח מועיל אסטרונאוטים בחלל. טיילור אומר כי "זה בהחלט אפשרי כי חלקים שנעשו על ידי ליתוגרפיה צירית מחושב יכול לשמש בחלל", והוסיף כי "הייתי משער כי חוסר משקל יכול למעשה להיות יתרון נוסף עבור התהליך."

הבעיה העיקרית בשימוש ב- CAL על כדור הארץ היא שהאובייקט יכול לשקוע בשרף בזמן שהוא מתבצע. הצוות עיצב את השרף כך שהאובייקט לא יטבע במהלך תהליך ההדפסה על-ידי כל מרחק הניתן למדידה, אך עבודה בכוח המשיכה המופחתת עלולה לגרום לשינוי זה אפילו קטן יותר.

אם אלון מאסק וכדומה יגיעו לחלום שלהם לשלוח בני אדם למאדים ולהקים מושבה, אולי הם ישלחו את הכוכבים שלהם לכוכב הלכת האדום עם מקרן ובור ענק של שרף, מוכנים לעצב את הכלים שלהם. לפחות יהיה להם משהו להשתמש בו לצפייה בסרטים.

קרא את תקציר המאמר, שכותרתו "ייצור תוסף נפחי באמצעות שחזור טומוגרפי" להלן:

ייצור תוספים מבטיח חופש גיאומטרי עצום ואת הפוטנציאל לשלב חומרים עבור פונקציות מורכבות. המהירות, הגיאומטריה ומגבלות איכות פני השטח של תהליכים כתוסף קשורות להסתמכות על שכבות חומר. הדגשנו הדפסה מקבילה של כל הנקודות בתוך אובייקט תלת מימדי על ידי הארת נפח מסתובב של חומר רגיש עם דפוס אור מתפתח באופן דינמי. אנו להדפיס תכונות קטנות כמו 0.3 מ"מ בפולימרים אקרילט הנדסה, כמו גם הדפסה מבנים רכים עם משטחים חלקים במיוחד לתוך הידרוג'ל methacrylate ג 'לטין. התהליך שלנו מאפשר לנו לבנות רכיבים כי לקשור אחרים קיימים אובייקטים מוצקים, המאפשר ייצור חומר רב. פיתחנו מודלים המתארים יכולות מהירות ויציבות מרחבית. כמו כן, הוכחנו זמני הדפסה של 30-120 שניות עבור אובייקטים בקנה מידה סנטימטר מגוונים.