Новый световой 3D-принтер может создавать инструменты космического корабля в невесомости

Новая технология 3D-печати обещает создавать объекты с использованием световых лучей, помогая разным профессионалам - от зоологов до людей на борту космических кораблей, которым необходимо создавать инструменты в условиях невесомости.

Техника, описанная в статье, опубликованной в четверг в журнале Наука, включает светящиеся лучи на желтую светочувствительную жидкость для создания твердых объектов. Вот как работает эта новая техника: ученые создают трехмерную модель объекта, который им нужен, создают фильм и используют проектор для передачи информации во вращающийся цилиндр. Природа жидкости означает, что пользователи могут заключать другие объекты в смолу; создание ручки отвертки вокруг куска металла является одним из таких примеров.

Хайден Тейлор, доцент кафедры машиностроения в Калифорнийском университете и старший автор статьи, рассказывает обратный что эта новая технология 3D-печати использует существующее оборудование, но более изощренно использует его программное обеспечение.

«Аппарат, необходимый для нового процесса, по своей сути прост: для него требуется видеопроектор - который может быть стандартным стандартным проектором - и постоянно вращающийся объем светочувствительного материала», - говорит Тейлор. Сложная часть, объясняет он, - это расчеты, используемые для перевода 3D-модели в видео, но даже это «может быть выполнено с помощью персонального компьютера в случае необходимости».

Принтер был разработан на основе компьютерной томографии, которую врачи используют для поиска опухолей, посылая электромагнитные волны в организм. Команде нужно было подсчитать, сколько света нужно отправить и когда, как цилиндр смолой полностью вращается. Когда свет попадает на смолу, светочувствительные молекулы истощают растворенный кислород, создавая твердую структуру. Остаток материала можно использовать повторно для других проектов, и этот метод практически не создает отходов.

Это происходит в то время, когда 3D-печать переживает период возрождения, после массового ажиотажа вокруг этого района в 2013 году. Только за последние два месяца исследователи из Колумбийского университета открыли способ для 3D-печати дерева, другая команда продемонстрировала, как пользователи могут создать целую сцену свадьбы, и исследователи из Мичиганского университета создали метод, который может печатать объекты в 100 раз быстрее, чем раньше.

Типичные 3D-принтеры, как правило, работают так же, как их бумажные аналоги, выстраивая слои из АБС-пластика или полимолочной кислоты для постепенного формирования объектов. Этот метод, известный как моделирование с наплавкой, имеет тенденцию производить объекты с высокой скоростью, но с низкой точностью.

«Мы не печатаем слой за слоем, как это принято», - говорит Тейлор. «В некоторых других процессах использование слоев может привести к появлению внутренних пустот или дефектов и привести к получению менее гладкой поверхности, которая может снизить прочность или сделать ее сильно направленной».

Альтернативная методика, известная как стереолитография, используемая командой Мичиганского университета, использует ультрафиолетовый лазер для создания объекта в смоле. Это похоже на технику, использованную командой Тейлора - дублирован компьютерная осевая литография - но есть некоторые интересные различия между методами в эту новую эру 3D-печати.

«Мы не рисуем компонент по прямой линии, а поворачиваем объем печати относительно источника света», - говорит Тейлор. «Это означает, что мы можем действительно создавать все точки трехмерного объекта одновременно, а не последовательно.

«Кроме того, в нашем процессе во время печати отсутствует движение печатного объекта относительно окружающего материала. Это беспрецедентный аспект нашего подхода, который позволяет нам печатать на материалах с исключительно высокой вязкостью и устраняет ограничения скорости печати, которые могут быть наложены на другие процессы потоком жидкости ».

Как эту новую технику можно использовать на космических кораблях

Техника может даже оказаться полезной для космонавтов в космосе. Тейлор говорит, что «вполне возможно, что детали, изготовленные с помощью компьютерной аксиальной литографии, могут быть использованы в космосе», добавив, что «я бы предположил, что невесомость действительно может быть дополнительным преимуществом для этого процесса».

Основная проблема с использованием CAL на Земле заключается в том, что объект может погружаться в смолу в процессе его визуализации. Команда разработала смолу так, чтобы объект не тонул во время процесса печати ни на какое измеримое расстояние, но работа в условиях пониженной гравитации может сделать это изменение еще меньше.

Если Элон Маск и тому подобное осуществят свою мечту, отправив людей на Марс и основав колонию, возможно, они отправят своих исследователей на красную планету с проектором и гигантским резервуаром смолы, готовыми изготовить свои собственные инструменты. По крайней мере, у них будет что-то, что можно использовать для просмотра фильмов.

Прочитайте реферат статьи под названием «Производство объемных добавок с помощью томографической реконструкции» ниже:

Аддитивное производство обещает огромную геометрическую свободу и возможность комбинировать материалы для сложных функций. Ограничения скорости, геометрии и качества поверхности аддитивных процессов связаны с зависимостью от слоев материала. Мы продемонстрировали одновременную печать всех точек в трехмерном объекте, освещая вращающийся объем светочувствительного материала динамически развивающимся световым рисунком. Мы печатаем черты размером всего 0,3 мм в инженерных акрилатных полимерах, а также печатаем мягкие структуры с исключительно гладкими поверхностями в гидрогель желатинметакрилата. Наш процесс позволяет нам создавать компоненты, которые заключают в себе другие уже существующие твердые объекты, что позволяет изготавливать их из нескольких материалов. Мы разработали модели для описания скорости и пространственного разрешения. Мы также продемонстрировали время печати 30-120 с для объектов различного сантиметрового масштаба.