Producția rapidă la cerere ar putea face din depozitarea pieselor și matrițelor scumpe un lucru din trecut

Cercetătorii de la Universitatea Northwestern au dezvoltat o nouă imprimantă 3D futuristă, atât de mare și atât de rapidă încât poate imprima un obiect de dimensiunea unui om adult în doar câteva ore.

viitorul

Denumită HARP (tipărire rapidă în zone înalte), noua tehnologie permite un randament record care poate produce produse la cerere. În ultimii 30 de ani, cele mai multe eforturi în imprimarea 3D au vizat depășirea limitelor tehnologiilor vechi. Adesea, urmărirea unor piese mai mari a costat costul vitezei, randamentului și rezoluției. Cu tehnologia HARP, acest compromis este inutil, permițându-i să concureze atât cu rezoluția, cât și cu randamentul tehnicilor tradiționale de fabricație.

Tehnologia prototip HARP are o înălțime de 13 picioare, cu un pat de imprimare de 2,5 metri pătrați și poate imprima aproximativ o jumătate de curte într-o oră - un randament record pentru câmpul de imprimare 3D. Aceasta înseamnă că poate imprima piese simple, mari sau multe piese mici diferite simultan.

"Imprimarea 3D este puternică din punct de vedere conceptual, dar a fost limitată practic", a declarat Chad A. Mirkin din Northwestern, care a condus dezvoltarea produsului. "Dacă am putea tipări rapid fără limitări de materiale și dimensiuni, am putea revoluționa producția. HARP este pregătită să facă acest lucru."

Mirkin prezice că HARP va fi disponibil comercial în următoarele 18 luni.

Lucrarea va fi publicată în oct. 18 în revista Science. Mirkin este profesor de chimie George B. Rathmann la Colegiul de Arte și Științe Weinberg din Northwestern și director al Institutului Internațional de Nanotehnologie. David Walker și James Hedrick, ambii cercetători din laboratorul lui Mirkin, au coautorat lucrarea.

Menținându-l la rece

HARP folosește o nouă versiune a stereolitografiei, în așteptare a brevetului, un tip de imprimare 3D care transformă plasticul lichid în obiecte solide. HARP imprimă vertical și folosește lumina ultravioletă proiectată pentru a vindeca rășinile lichide în plastic întărit. Acest proces poate imprima piese dure, elastice sau chiar ceramice. Aceste piese tipărite continuu sunt robuste din punct de vedere mecanic, spre deosebire de structurile laminate comune altor tehnologii de imprimare 3D. Pot fi folosite ca piese pentru mașini, avioane, stomatologie, orteză, modă și multe altele.

Un factor de limitare major pentru imprimantele 3D actuale este căldura. Fiecare imprimantă 3D pe bază de rășină generează multă căldură atunci când rulează la viteze mari - uneori depășind 180 de grade Celsius. Acest lucru nu numai că duce la temperaturi periculoase la suprafață, dar poate provoca și fisurarea și deformarea pieselor imprimate. Cu cât este mai rapid, cu atât imprimanta generează mai multă căldură. Și dacă este mare și rapid, căldura este incredibil de intensă.

Această problemă a convins majoritatea companiilor de tipărire 3D să rămână mici. "Când aceste imprimante rulează la viteze mari, se generează o cantitate mare de căldură din polimerizarea rășinii", a spus Walker. „Nu au cum să o risipească”.

„Teflon lichid”

Tehnologia nord-vestică ocolește această problemă cu un lichid antiaderent care se comportă ca un lichid de teflon. HARP proiectează lumina printr-o fereastră pentru a solidifica rășina deasupra unei plăci în mișcare verticală. Teflonul lichid curge peste fereastră pentru a îndepărta căldura și apoi îl circulă printr-o unitate de răcire.

"Tehnologia noastră generează căldură la fel ca celelalte", a spus Mirkin. "Dar avem o interfață care elimină căldura."

„Interfața este, de asemenea, antiaderentă, care împiedică rășina să adere la imprimanta însăși”, a adăugat Hedrick. "Acest lucru mărește viteza imprimantei cu o sută de ori, deoarece piesele nu trebuie să fie despicate în mod repetat de la partea de jos a wattului de imprimare."

La revedere, depozite

Metodele actuale de fabricație pot fi procese greoaie. Adesea necesită umplerea matrițelor pre-proiectate, care sunt scumpe, statice și ocupă spațiu de depozitare valoros. Folosind matrite, producătorii imprimă piese în avans - ghicind adesea câte ar putea avea nevoie - și le depozitează în depozite uriașe.

Deși tipărirea 3D trece de la prototipare la producție, dimensiunea și viteza curente a imprimantelor 3D le-au limitat la producția de loturi mici. HARP este prima imprimantă care poate gestiona loturi mari și piese mari în plus față de piesele mici.

„Când puteți imprima rapid și mare, se poate schimba cu adevărat modul în care gândim despre fabricație”, a spus Mirkin. "Cu HARP, puteți construi orice doriți fără matrițe și fără un depozit plin de piese. Puteți imprima orice puteți imagina la cerere."

Cel mai mare din clasa sa

În timp ce alte tehnologii de imprimare și-au încetinit sau au redus rezoluția pentru a crește, HARP nu face astfel de concesii.

„Evident, există multe tipuri de imprimante 3D acolo - vedeți imprimante realizând clădiri, poduri și caroserii și, dimpotrivă, vedeți imprimante care pot realiza piese mici la rezoluții foarte mari”, a spus Walker. "Suntem entuziasmați deoarece aceasta este cea mai mare și cea mai mare imprimantă de capacitate din clasa sa."

Imprimantele la scara HARP produc adesea piese care trebuie șlefuite sau prelucrate până la geometria lor finală. Acest lucru adaugă un cost ridicat al forței de muncă procesului de producție. HARP face parte dintr-o clasă de imprimante 3D care utilizează modelarea luminii de înaltă rezoluție pentru a realiza piese gata de utilizare fără o post-procesare extinsă. Rezultatul este o cale viabilă comercială către fabricarea bunurilor de larg consum.

Nano devine mare

Mirkin a inventat cea mai mică imprimantă din lume în 1999. Numită nanolitografie dip-pen, tehnologia folosește un stilou mic pentru modelarea caracteristicilor la scară nano. Apoi, el a făcut tranziția la o serie de pixuri mici care canalizează lumina prin fiecare stilou pentru a genera local caracteristici din materiale sensibile la fotografii. Interfața specială antiaderentă utilizată în HARP a apărut în timp ce lucrau pentru a dezvolta această tehnologie într-o imprimantă 3D la scară nano.

"Din punct de vedere volumetric, am parcurs peste 18 ordine de mărime", a spus Mirkin.