Вместо обычного способа 3D-печати сложных объектов слой за слоем с помощью пластиковых нитей, ученые из Мичиганского университета предлагают использовать иной метод, который позволяет не только существенно повысить скорость самой печати, но и увеличить долговечность создаваемого объекта вместе с его износостойкостью. Работа, описывающая их изобретение, опубликована журналом Science Advances. Пресс-релиз проекта опубликован на сайте университета.
Технологии 3D-печати способны оказывать неоценимую помощь при относительно небольших объемах производства, например, там, где требуется создание не более 100 идентичных предметов. В этом случае 3D-печать позволяет экономить на литейных формах, стоимость которых может составлять десятки тысяч долларов. К сожалению, самая распространенная на сегодняшний день форма 3D-печати, когда объект создается послойно, не способна справиться с поставленной целью за стандартный производственный срок в две недели.
«При использовании традиционных подходов 3D-печати это попросту невозможно, если у вас нет сотен таких машин», — комментирует руководитель исследования Тимоти Скотт, профессор инженерии Мичиганского университета, который совместно с коллегой Марком Бернсом представил новый подход к 3D-печати.
Новый метод, предложенный учеными, включает в себя затвердевание жидкой смолы с помощью двух направленных источников света. Использование этих источников света позволяет контролировать, где смола затвердевает, а где – остается жидкой. Такой подход дает возможность укрепить смолу в более сложных моделях. Например, при использовании нового метода, исследователи создали трехмерный барельеф за один раз, а не серией одномерных линий или двумерных сечений. В качестве других примеров инженеры из Мичиганского университета напечатали таким образом решетку, игрушечную лодку и фигуру в виде буквы М.
«Это один из по-настоящему первых полноценных 3D-принтеров», — заявляет Бернс.
Авторы разработки уточняют, что один из источников света необходим для начала реакции затвердевания, а другой используется для ее остановки, что позволяет точно контролировать печать как во времени, так и в пространстве. У нового метода тем не менее имеются недостатки: смола имеет тенденцию затвердевать в окне, через которое проходит свет, останавливая печать, как только она начинается. В то же время, при создании относительно большой области, где не происходит затвердевания, более толстые слои смолы — допустим, с примесью порошковых добавок — его можно использовать для производства более долговечных объектов. Этот метод, по сравнению с обычной печатью с помощью нитей, также позволяет создавать более конструктивно надежные предметы, поскольку объекты, напечатанные традиционным способом, как правило имеют слабые места на границах стыка между слоями.
Примеры объектов, созданных Скоттом и Бернсом с помощью нового метода 3D-печати:
«С помощью этого метода можно создавать существенно более прочные и износостойкие материалы», — добавляет Скотт.
Ключом к успеху стала химия смолы. В обычных системах происходит только одна реакция: фотоактиватор делает смолу твердой везде, где светит свет. В системе, разработанной Скоттом и Бернсом, помимо фотоактиватора используется еще и фотоингибитор, который реагирует на другую длину волны света. Вместо обычного контроля затвердевания в двумерной плоскости, как это обычно происходит при использовании современных методов печати, мичиганская команда может применять два вида света для затвердевания смолы практически в любой трехмерной плоскости рядом с окном.
Университет уже подал три заявки на получение патентов, чтобы защитить множество изобретательских аспектов, предложенных в новом подходе. Сам Тимоти Скотт решил открыть собственный стартап.
Будущее домашней 3D-печати
Несмотря на то, что технологии 3D-печати существуют на рынке уже несколько лет, массовыми они пока так и не стали, хотя мир изменить обещали. Польза от подобных технологий уже очевидна в медицине и промышленности, однако массовая домашняя 3D-печать все еще кажется далекой перспективой.
По мнению Михаила Королева, нашего эксперта в области 3D-печати, одна из основных проблем связана с отсутствием библиотек с широким выбором возможных 3D-моделей. Даже в самых известных библиотеках много контента низкого качества. Модели зачастую не оптимизированы под возможности принтеров и могут содержать большое число ошибок. При этом, далеко не все обладают навыками, позволяющими самостоятельно создавать нужные 3D-модели.
Другой вопрос заключается в скорости самой печати. На создание одной вещи может уходить десятки часов. Разработки, подобные представленной специалистами Мичиганского университета, направлены, в том числе и на решение этой проблемы.
В то же время домашние инструменты для аддитивного производства, при должном уровне потребительской направленности, могут стать незаменимым инструментом для создания и восстановления сломавшихся бытовых вещей. Потерял или сломал крышку телевизионного пульта – скачал из Интернета нужную модель и распечатал ее на своем домашнем принтере. Удобно же. Через несколько лет действительно любой желающий сможет распечатать у себя дома любую нужную вещь: любую запчасть для бытовой техники, мебель, деталь для машины. Пока же все это видится исключительно сферой для энтузиастов, но сфера постепенно развивается, что не может не радовать.
