Světlo umožňuje lepší 3D tisk s více materiály současně

Výzkum a věda | |

Světlo umožňuje lepší 3D tisk s více materiály současně

3D tisk přinesl revoluční změny na pole řady odvětví – do zdravotnictví, biomedicínského inženýrství, průmyslové výroby, ale třeba také uměleckého designu a architektury.


Úspěšné praktické aplikace jsou navzdory faktu, že většině technik 3D tisku dokáže produkovat součástky pouze z jednoho materiálu, nikoli vícero současně; pokud by to však 3D tiskárny dokázaly, mohly by tisknout i komplexnější produkty z vícero různých materiálů najednou.

Nový výzkum využívá rozdílné vlnové délky světla k dosažení této komplexity. Vědci z Wisconsin-Madisonské univerzity vyvinuli novou 3D tiskárnu, která využívá vzorce viditelného a ultrafialového světla k určení toho, které dva monomery mají být polymerizovány pro zformování pevného materiálů. Rozdílné vzorce světla poskytují nutnou prostorovou orientaci pro vznik vícemateriálových dílů. Práce byla publikována 15. února v peer-reviewed magazínu Nature Communications.

„I když je 3D tisk úžasná věc, v mnoha případech pořád nabízí pouze jednu barvu, se kterou se dá tisknout,“ přirovnává A. J. Boydston, profesor katedry chemie a vedoucí práce, kterou napsala jeho postgraduální studentka Johanna Schwartzová, pro časopis Technology. „A tento obor jich potřebuje plnou paletu.“

K vylepšení 3D tisku pomůže právě chemie.

3D tisk je proces výroby pevných trojrozměrných objektů podle digitální předlohy postupným přidáváním tenkých vrstev materiálu na sebe. Většina tiskáren s funkcí vícemateriálového tisku to dělá tak, že využívá oddělené tiskové hlavy s různými materiály k jejich aplikaci na správné místo.

Boydston si ale uvědomil, že mít pouze jedinou tiskovou hlavu by bylo mnohem praktičtější než vícero zásobníků s rozdílnými materiály. Tento postup je založen na schopnosti rozdílných vlnových délek světla kontrolovat, který z výchozích materiálů polymerizuje do kterých částí pevného výrobku. Tyto výchozí materiály jsou z počátku základními chemickými látkami (známými jako monomery) a až poté společně polymerizují do řetězců – podobně, jako při výrobě umělé hmoty.

„Pokud dokážete navrhnout položku v PowerPointu různých barvách, potom ji můžeme vytisknout složenou z různých materiálů na základě zvolených barev,“ doplňuje Schwartzová.

Výzkumníci navrhli sadu digitálních obrázků, které spojením dohromady vytvoří trojrozměrný návrh. Snímky dokáží kontrolovat, jaký druh světla bude použit k polymeraci výchozí suroviny, což ovlivňuje vlastnosti, jako například tuhost vytisknuté součástky. Celý proces probíhá tak, že vědci současně nasvěcují nádrž s tekutými výchozími surovinami dvěma projektory, přičemž jsou na sebe vrstvy jedna za druhou stavěny na platformě, kde proces probíhá. Poté, co vznikne jedna vrstva, plocha platformy se mírně posune směrem nahoru, a světlo pomůže vytvořit další vrstvu na ní.

Hlavní překážka, se kterou se museli Boydston a Schwartzová potýkat, byla úprava chemických vlastností výchozích materiálů. Nejdřív zvažovali, jak by se chovaly dva monomery souběžné umístěné v jedné nádrži. Také se museli ujistit, že mají podobnou dobu tvrzení, aby tvrdé i měkké materiály v každé vrstvě doschly přibližně ve stejnou dobu.

S použitím správného chemického procesu tak Boydston se Schwartzovou mohou určovat, kde přesně v tisknutém objektu každý monomer zatvrdne, díky použití rozdílného typu světla.

„Použití chemické metody k vyřešení technologického nedostatku je přesně to, co průmysl s 3D tiskárnami potřebuje. Toto propojení strojírenství a chemie umožní oboru expandovat do nových výšin,“ popsala Johanna Schwartzová.


Úvodní foto: © fotomek - Adobe Stock


Články z rubriky

Do světa kvantových počítačů už se pouští i Amazon"

Nejnovější součást obřího ekosystému veřejného cloudu AWS je experimentování s kvantovými počítači – samozřejmě bez toho, že by je uživatelé museli vlastnit.
více »


Vložka do bot připojená k internetu pomáhá pacientům s roztroušenou sklerózou"

Nejenom cloudem živ jest člověk. Medicínské aplikace internetu věcí a dalších technologií jsou velmi perspektivní oblasti, a k novým pokrokům v oblasti dochází prakticky denně.
více »


Machine Learning Prague: Největší evropská konference o strojovém učení se opět blíží"

Strojové učení stojí v popředí výzkumu a vývoje, algoritmy, kterým dává vzniknout, najdou využití v průmyslu, medicíně, vědě a dalších oborech. Machine Learning Prague neboli MLP, největší konference...
více »


Lidé důvěřují spíše robotovi než svému šéfovi"

Celosvětový průzkum společností Oracle a Future Workplace ukazuje, jak umělá inteligence mění na pracovišti vztahy mezi lidmi a technologiemi.
více »


Canalys: 8 % automobilů v Evropě se prodává s 2. úrovní autonomního řízení"

Samořiditelná auta jsou na vzestupu; těch s 2. úrovní se v ČR prodá 8 %, v USA dokonce 10 %.
více »


Související články


Tagy

3D tisk tiskárny věda výzkum studie

Komentáře