Новая технология 3D-печати готова продвинуть ма

Jan 31, 2024

Университет Хериот-Ватт

изображение: Фотография доктора Хосе Маркеса-Уэсопосмотреть больше

Фото: Университет Хериот-Ватт.

Ученые разработали передовую технологию 3D-печати, которая совершит революцию в обрабатывающей промышленности.

Группа, возглавляемая доктором Хосе Маркесом-Уэсо из Института датчиков, сигналов и систем Университета Хериот-Ватт в Эдинбурге, создала новый метод 3D-печати, в котором используется ближний инфракрасный свет (NIR) для создания сложных структур, содержащих множество материалы и цвета.

Они достигли этого, изменив хорошо зарекомендовавший себя процесс 3D-печати, известный как стереолитография, чтобы расширить границы интеграции нескольких материалов. Обычный 3D-принтер обычно применяет синий или УФ-лазер к жидкой смоле, которая затем избирательно затвердевает, слой за слоем, для создания желаемого объекта. Но основным недостатком этого подхода были ограничения при смешивании материалов.

Отличием этого последнего проекта является то, что ученые используют источник ближнего ИК-света, способный печатать на гораздо большей глубине в ванне со смолой без необходимости печатать слоями.

Полученные результаты открывают огромные возможности для промышленности, особенно для тех, которые полагаются на специализированные детали, например, в здравоохранении и электротехнике.

Доктор Маркес-Уэсо объясняет: «Новинка нашего нового метода, который никогда раньше не применялся, заключается в использовании окон невидимости материалов в ближнем ИК-диапазоне для печати на глубине более 5 см, тогда как традиционная технология имеет предел глубины около 0,1 мм.Это означает, что вы можете печатать одним материалом, а затем добавлять второй материал, закрепляя его в любой позиции 3D-пространства, а не только поверх внешних поверхностей.

«Например, мы можем напечатать полый куб, который практически запечатан со всех сторон. Затем мы можем вернуться позже и напечатать объект, сделанный из совершенно другого материала, внутри этой коробки, потому что NIR-лазер будет проникать сквозь предыдущий материал. как будто он невидим, потому что на самом деле в НИР он совершенно прозрачен».

Доктор Адилет Жакеев, доктор философии из Университета Хериот-Ватт, работавший над этим проектом почти три года, добавляет: «Технология моделирования плавленым осаждением (FDM) уже позволяла смешивать материалы, но FDM имеет низкое разрешение, поэтому слои видны, а световые технологии, такие как стереолитография, могут обеспечить гладкие образцы с разрешением менее пяти микрометров».

Ученые говорят, что ключевым компонентом их проекта была разработка специальных смол, содержащих наночастицы, демонстрирующие явление оптического ап-конверсии. Эти наночастицы поглощают фотоны ближнего ИК-диапазона и преобразуют их в синие фотоны, которые затвердевают смолу. Это явление является «нелинейным», то есть синие фотоны могут получаться в основном в фокусе лазера, а не на пути через него. По этой причине БИК может проникать глубоко в материал, как если бы он был прозрачным, и затвердевать только материал внутри.

Новый метод 3D-печати позволяет печатать в одном образце несколько материалов с разными свойствами, например гибкие эластомеры и жесткий акрил, что полезно для многих предприятий, таких как производство обуви. Эта техника открывает множество новых возможностей, включая 3D-печать объектов внутри полостей, восстановление сломанных объектов и даже биопечать на месте через кожу.

«В рамках того же исследовательского проекта мы ранее разработали смолу, на которую можно избирательно покрывать медь», — продолжает доктор Маркес-Уэсо.

«Объединив обе технологии, мы теперь можем печатать в 3D двумя разными смолами и выборочно покрывать медью только одну из них, используя простую ванну с гальваническим раствором. Таким образом, мы можем создавать интегральные схемы в 3D, что очень полезно для электронной промышленности. ."

Несмотря на то, что эта технология позволяет заглянуть в будущее, ее затраты на удивление низки.

Доктор Маркес-Уэсо сказал: «Очевидным преимуществом этой технологии является то, что полную машину можно построить менее чем за 400 фунтов стерлингов. Некоторые другие передовые технологии, в которых используются лазеры, такие как двухфотонная полимеризация (2PP), требуют дорогостоящих сверхбыстрых лазеров для порядка десятков тысяч фунтов, но это не наш случай, потому что наши специальные материалы позволяют использовать недорогие лазеры».