Pencetak 3D yang Berasaskan Cahaya Baru Boleh Membuat Alat Angkasa di Zero Gravity

Teknik percetakan 3D yang baru menjanjikan untuk membina objek dengan menggunakan rasuk cahaya, membantu semua jenis profesional - dari ahli zoologi kepada orang-orang di angkasa lepas yang perlu membuat alat dalam graviti sifar.

Teknik itu, yang diterangkan dalam makalah yang disiarkan Khamis dalam jurnal Sains, melibatkan sinaran cahaya bersinar ke cecair sensitif cahaya kuning untuk membuat objek pepejal. Inilah cara kerja teknik baru ini: Para saintis mencipta model 3D objek yang mereka inginkan, membuat filem, dan menggunakan projektor untuk menghidupkan maklumat tersebut menjadi silinder berputar. Sifat cecair bermakna pengguna boleh membungkus objek lain dalam resin; mencipta pemutar skru yang mengendalikan sekeping logam adalah satu contoh sedemikian.

Hayden Taylor, penolong profesor kejuruteraan mekanikal di University of California dan pengarang kanan kertas, memberitahu Songsang teknik percetakan 3D yang baru ini menggunakan perkakasan sedia ada tetapi menjadikan penggunaan perisian yang lebih canggih.

"Alat yang diperlukan untuk proses baru sememangnya mudah: ia memerlukan projektor video - yang boleh menjadi projektor rak biasa - dan jumlah bahan yang sensitif cahaya berputar," kata Taylor. Bahagian yang rumit, dia menerangkan, adalah perhitungan yang digunakan untuk menterjemahkan model 3D ke dalam video - tetapi bahkan itu "boleh dilakukan dengan komputer peribadi jika perlu."

Pencetak ini direka dengan melihat imbasan tomografi yang dikira, yang digunakan oleh doktor untuk mencari tumor dengan menghantar gelombang elektromagnet ke dalam badan. Pasukan diperlukan untuk mengira berapa banyak cahaya yang akan dihantar dan apabila resin penuh silinder diputar. Apabila cahaya menyentuh resin, molekul fotosensitif memecah oksigen terlarut untuk membentuk struktur padat. Bahan yang sisa digunakan untuk projek-projek lain, dan kaedah ini tidak boleh membazir.

Ia datang pada masa pencetakan 3D mengalami sesuatu kebangkitan, berikutan kegembiraan besar-besaran di sekitar kawasan itu pada tahun 2013. Dua bulan lalu sahaja, para penyelidik di Columbia University telah menemukan cara untuk kayu cetak 3D, satu lagi pasukan menunjukkan bagaimana pengguna boleh membuat adegan perkahwinan keseluruhan, dan penyelidik di University of Michigan telah mencipta satu kaedah yang boleh mencetak objek 100 kali lebih pantas dari sebelumnya.

Pencetak 3D biasa cenderung untuk bekerja seperti rakan sejawat berasaskan kertas mereka, merangkumi sama ada plastik ABS atau asid polyylactic untuk membentuk objek secara beransur-ansur. Teknik ini, dikenali sebagai model pemendapan pemisah, cenderung untuk menghasilkan objek pada kelajuan tinggi tetapi ketepatan yang rendah.

"Kami tidak mencetak lapisan demi lapisan, seperti biasa," kata Taylor. "Dalam beberapa proses lain, penggunaan lapisan risiko memperkenalkan lompang atau kecacatan dalaman dan mengakibatkan permukaan kurang lancar, kedua-duanya dapat mengurangkan kekuatan atau membuat kekuatan yang sangat berarah."

Teknik alternatif yang dikenali sebagai stereolitografi, yang digunakan oleh pasukan di University of Michigan, menggunakan laser ultraviolet untuk menghasilkan objek dalam resin. Kedengarannya sama dengan teknik yang digunakan oleh pasukan Taylor - digelar litografi paksi yang dikira - tetapi terdapat beberapa perbezaan yang menarik antara teknik dalam era baru pencetakan 3D ini.

"Kami tidak menarik komponen dalam garis lurus tetapi sebaliknya memainkan jumlah cetakan berbanding sumber cahaya," kata Taylor. "Ini bermakna kita boleh benar-benar membuat semua titik objek 3D secara serentak daripada secara berurutan.

"Juga, dalam proses kami, tidak ada gerak objek yang dicetak relatif terhadap bahan sekeliling semasa percetakan. Ini adalah aspek pendekatan yang tidak pernah berlaku sebelum ini yang membolehkan kami mencetak ke dalam bahan kelikatan yang sangat tinggi dan menghilangkan batasan kelajuan percetakan yang boleh dikenakan ke atas proses lain oleh aliran bendalir."

Bagaimana Teknik Baru Ini Boleh Digunakan di Angkasa Luar Angkasa

Teknik ini juga boleh membuktikan bermanfaat kepada angkasawan di ruang angkasa. Taylor mengatakan bahawa ia "pasti difikirkan bahawa bahagian-bahagian yang dibuat oleh litografi paksi yang dikira boleh digunakan di angkasa," sambil menambah bahawa "saya akan membuat spekulasi bahawa berat badan sebenarnya boleh menjadi manfaat tambahan untuk proses itu."

Isu utama dengan menggunakan CAL di Bumi adalah objek itu boleh tenggelam dalam resin seperti yang telah diberikan. Pasukan telah merancang resin supaya objek tidak tenggelam semasa proses percetakan oleh jarak yang boleh diukur, tetapi bekerja dalam graviti yang berkurangan dapat membuat perubahan itu lebih kecil.

Jika Elon Musk dan sejenisnya mencapai impian mereka menghantar manusia ke Marikh dan memulakan tanah jajahan, mungkin mereka akan menghantar penjelajah mereka keluar ke planet merah dengan projektor dan tong sampah raksasa, yang bersedia untuk membuat alat mereka sendiri. Sekurang-kurangnya mereka akan menggunakan sesuatu untuk menonton filem.

Bacalah abstrak kertas itu, bertajuk "Pengilangan bahan tambahan volumetri melalui pembinaan semula tomografi," di bawah:

Pengeluaran aditif menjanjikan kebebasan geometri yang besar dan berpotensi untuk menggabungkan bahan-bahan untuk fungsi kompleks. Kelajuan, geometri dan kualiti permukaan batasan proses tambahan dikaitkan dengan pergantungan pada lapisan material. Kami memperlihatkan pencetakan serentak semua mata dalam objek tiga dimensi dengan menerangi jumlah berputar bahan fotosensitif dengan corak cahaya dinamik yang berkembang. Kami mencetak ciri-ciri sekecil 0.3 mm dalam polimer akrilat kejuruteraan, serta mencetak struktur lembut dengan permukaan yang licin ke dalam hidrogel methacrylate gelatin. Proses kami membolehkan kami membina komponen yang membungkus objek pepejal sedia ada yang lain, yang membolehkan fabrikasi berbilang bahan. Kami membangunkan model untuk menggambarkan keupayaan penyelesaian resolusi dan ruang. Kami juga menunjukkan masa percetakan 30-120 s untuk pelbagai objek skala sentimeter.