Máy in 3D lật 25.03.2015

Để phát minh ra một thứ gì đó thực sự mới trong một công nghệ đã tồn tại trong nhiều năm, bạn thường cần phải nhìn nó từ phía đối diện. Rất có thể, đối với điều này, bạn thậm chí sẽ phải lật ngược mọi thứ hoặc lật ngược nó từ trong ra ngoài. Do đó, động cơ đốt trong đã thay thế động cơ đốt ngoài, mặc dù các kỹ sư của thế kỷ trước đã dự đoán về sự thống trị trong tương lai của động cơ hơi nước.

Giờ đây, động cơ hơi nước chỉ còn tồn tại trong những câu chuyện tuyệt vời của thể loại steampunk. Đúng như vậy, động cơ xăng đã có mọi cơ hội chỉ còn lại trên những trang lịch sử, nhường chỗ cho động cơ điện. Có rất nhiều ví dụ như vậy, hãy lấy những con chuột máy tính tương tự đã phát triển từ chuột bi có đuôi cáp sang chuột laser và chuột không dây. Giờ đây, một sự chuyển đổi căn bản như vậy có thể ảnh hưởng đến công nghệ in 3D, công nghệ gần đây đã trở nên phổ biến rộng rãi.

Có một số công nghệ in XNUMXD khác nhau, bản chất của nó là tạo ra từng lớp một của một vật thể có hình dạng mong muốn. Một trong những phương pháp được sử dụng rộng rãi là laser lập thể. Làm thế nào nó hoạt động? Sản phẩm được tạo ra từ photopolymer lỏng - một chất đặc biệt, cứng lại dưới tác dụng của tia laser cực tím. Chùm tia laze chạy xung quanh đường viền của bộ phận, các khu vực được chiếu sáng bởi nó trở nên rắn và các khu vực không được chiếu sáng vẫn ở dạng lỏng. Sản phẩm được tạo ra được ngâm từng lớp một trong bể polyme lỏng. Khi quá trình kết thúc, phần thành phẩm được lấy ra khỏi bể, loại bỏ polyme chưa phản ứng và tiến hành xử lý cuối cùng. Công nghệ này được phát triển và sử dụng trên toàn thế giới. Nhưng cô ấy có một nhược điểm - tốc độ không vượt quá vài mm mỗi giờ. Sau tất cả, bạn luôn muốn nhận được kết quả hoàn chỉnh càng nhanh càng tốt, và không phải đợi nửa ngày hoặc lâu hơn, khi nó cuối cùng sẽ được in ở đó.

In 3D có gì chậm? Nó chỉ ra rằng giai đoạn chậm nhất trong toàn bộ quá trình là đóng rắn polyme. Và điểm mấu chốt ở đây không nằm ở tia laser hay bản thân polyme, mà là ở ôxy của không khí. Các phân tử của khí này hòa tan trong lớp trên của polyme lỏng và làm chậm quá trình đông cứng của nó. Bức xạ laser tạo ra các phân tử hoạt động bắt đầu liên kết các phân tử của vật liệu polyme với nhau để nó trở nên rắn. Mặt khác, oxy can thiệp tích cực vào quá trình này, do đó polyme cứng lại lâu hơn nhiều so với khả năng của nó.

Tất nhiên, bạn có thể đặt một máy in 3D trong một buồng kín, trong đó có thể chứa nitơ thay vì oxy, nhưng điều này sẽ làm hỏng hoàn toàn một trong những ưu điểm chính của in XNUMXD - dễ sử dụng. Tuy nhiên, các nhà hóa học cùng với các kỹ sư đã tìm ra cách hướng hoạt động "có hại" của các phân tử oxy vào một kênh hữu ích cho công nghệ và có thể tăng tốc độ in lên hàng trăm lần. Đối với điều này, nó chỉ cần thiết để đảo lộn mọi thứ.

Làm thế nào để ngăn không cho oxy tiếp cận các phân tử polyme đang hoạt động? Kể từ khi lựa chọn với một buồng kín biến mất ngay từ đầu, một lựa chọn khác vẫn còn: điều gì sẽ xảy ra nếu quá trình in được thực hiện không phải trên bề mặt của một bể với photopolymer lỏng, mà ở độ sâu mà không một phân tử oxy nào có thể chạm tới từ bề mặt? Ví dụ, tạo một bồn tắm có đáy trong suốt và chiếu tia laser không phải từ trên xuống mà từ bên dưới. Sau đó, có thể in phần này, dần dần kéo nó ra khỏi lớp polyme lỏng. Tùy chọn này là tốt, ngoại trừ một điều - polyme sẽ bắt đầu cứng lại ngay tại điểm tiếp xúc với phần đáy trong suốt và phần được tạo ra sẽ đơn giản dính vào bồn tắm. Đây là nơi chứa đựng tất cả bí quyết của phát minh. Nhà phát triển đã quản lý để đảm bảo rằng bộ phận được sản xuất không "cháy" lên bề mặt của bồn tắm. Và đã giúp họ trong việc này, kỳ lạ thay, cùng một loại oxy "xấu".

Đáy của bồn tắm polyme lỏng được làm bằng vật liệu Teflon đặc biệt, qua đó các phân tử oxy gần như có thể tự do xâm nhập, nhưng đồng thời nó trong suốt đối với bức xạ tia cực tím. Điều gì xảy ra? Các phân tử oxy xuyên qua một lớp màng như vậy và hòa tan trong lớp chất lỏng gần đáy. Một chùm tia laser chiếu qua màng sẽ kích hoạt các phân tử photopolymer, và chúng bắt đầu liên kết với nhau, nhưng một lớp mỏng bão hòa oxy sẽ ngăn chúng dính vào đáy. Độ dày của lớp "chống dính" như vậy chỉ vài chục micromet - tương đương sợi tóc người. Bằng cách cân bằng độ thẩm thấu của màng, các đặc tính của photopolymer và sức mạnh của tia laser, toàn bộ quá trình in 3D có thể được thực hiện nhanh chóng đáng kể.

Trong các thử nghiệm của họ, các nhà phát triển công nghệ đã đạt được tốc độ 500 milimet / giờ, nhanh hơn hàng trăm lần so với tốc độ in bằng kỹ thuật in lập thể laser thông thường. Và sản phẩm in nổi lên một cách ngoạn mục từ một bể chứa đầy polyme lỏng.