Вчені знайшли спосіб прискорити 3D-друк в 100 разів

Замість звичайного способу 3D-друку складних об’єктів шар за шаром за допомогою пластикових ниток, вчені з Мічиганського університету пропонують використовувати інший метод, який дозволяє не тільки істотно підвищити швидкість самої печатки, але і збільшити довговічність створюваного об’єкта разом з його зносостійкість. Робота, що описує їх винахід, опублікована журналом Science Advances. Прес-реліз проекту опублікований на сайті університету.

Технології 3D-друку здатні надавати неоціненну допомогу при відносно невеликих обсягах виробництва, наприклад, там, де потрібно створення не більше 10 000 ідентичних предметів. У цьому випадку 3D-друк дозволяє економити на ливарних формах, вартість яких може становити десятки тисяч доларів. На жаль, найпоширеніша на сьогоднішній день форма 3D-друку, коли об’єкт створюється пошарово, не здатна впоратися з поставленою метою за стандартний виробничий термін у два тижні.

«При використанні традиційних підходів 3D-друку це просто неможливо, якщо у вас немає сотень таких машин», — коментує керівник дослідження Тімоті Скотт, професор інженерії Мічиганського університету, який разом з колегою Марком Бернсом представив новий підхід до 3D-друку.

Новий метод, запропонований вченими, включає в себе затвердіння рідкої смоли з допомогою двох спрямованих джерел світла. Використання цих джерел світла дозволяє контролювати, де смола твердне, а де – залишається рідкою. Такий підхід дає можливість зміцнити смолу у більш складних моделях. Наприклад, при використанні нового методу, дослідники створили тривимірний барельєф за один раз, а не серією одновимірних ліній або двовимірних перетинів. В якості інших прикладів інженери з Мічиганського університету надрукували таким чином ґрати, іграшкову човен і фігуру у вигляді літери М.

«Це один з по-справжньому перших повноцінних 3D-принтерів», — заявляє Бернс.

Автори розробки уточнюють, що один з джерел світла необхідний для початку реакції твердіння, а інший використовується для її зупинки, що дозволяє точно контролювати друк як у часі, так і в просторі. У нового методу проте є недоліки: смола має тенденцію тверднути у вікні, через яке проходить світло, зупиняючи друк, як тільки вона починається. У той же час, при створенні відносно великій області, де не відбувається затвердіння, більш товсті шари смоли — припустимо, з домішкою порошкових добавок — його можна використовувати для виробництва більш довговічних об’єктів. Цей метод порівняно із звичайною печаткою з допомогою ниток, також дозволяє створювати більш конструктивно надійні предмети, оскільки об’єкти, надруковані традиційним способом, як правило мають слабкі місця на кордонах стику між шарами.

Приклади об’єктів, створених Скоттом і Бернсом з допомогою нового методу 3D-друку:

«За допомогою цього методу можна створювати істотно більш міцні і зносостійкі матеріали», — додає Скотт.

Ключем до успіху стала хімія смоли. У звичайних системах відбувається тільки одна реакція: фотоактиватор робить смолу твердої скрізь, де світить світло. У системі, розробленої Скоттом і Бернсом, крім фотоактіватора використовується ще й фотоингибитор, який реагує на іншу довжину хвилі світла. Замість звичайного контролю затвердіння у двомірній площині, як це зазвичай відбувається при використанні сучасних методів друку, мічиганська команда може застосовувати два види світла для затвердіння смоли практично в будь тривимірній площині поруч з вікном.

Університет вже подав три заявки на отримання патентів, щоб захистити безліч винахідницьких аспектів, запропонованих в новому підході. Сам Тімоті Скотт вирішив відкрити власний стартап.

Майбутнє домашнього 3D-друку

Незважаючи на те, що технології 3D-друку існують на ринку вже кілька років, масовими вони поки що так і не стали, хоча світ змінити обіцяли. Користь від подібних технологій вже очевидна в медицині і промисловості, однак масова домашня 3D-друк все ще здається далекою перспективою.

На думку Михайла Корольова, нашого експерта в області 3D-друку, одна з основних проблем пов’язана з відсутністю бібліотек з широким вибором можливих 3D-моделей. Навіть у найвідоміших бібліотеках багато контенту низької якості. Моделі часто не оптимізовані під можливості принтерів і можуть містити велику кількість помилок. При цьому, далеко не всі володіють навичками, що дозволяють самостійно створювати потрібні 3D-моделі.

Інше питання полягає у швидкості самої печатки. На створення однієї речі може йти десятки годин. Розробки, подібні представленої фахівцями Мічиганського університету, спрямовані, в тому числі і на вирішення цієї проблеми.

У той же час домашні інструменти для адитивного виробництва, при належному рівні споживчої спрямованості, можуть стати незамінним інструментом для створення та відновлення зламаних побутових речей. Втратив або зламав кришку телевізійного пульта – скачав з Інтернету потрібну модель і роздрукував її на своєму домашньому принтері. Зручно же. Через кілька років дійсно будь-який бажаючий зможе роздрукувати у себе вдома будь-яку потрібну річ: будь-яку запчастину для побутової техніки, меблі, деталь для машини. Поки ж все це бачиться виключно сферою для ентузіастів, але сфера поступово розвивається, що не може не радувати.