Большинство современных 3D-принтеров работает по одному и тому же принципу. Используя специальные затвердевающие «чернила», устройство поэтапно наносит слой за слоем, создавая объект нужной формы. В результате на готовом изделии заметны ступенчатые края и шероховатости, нуждающиеся в последующей обработке вручную, — они указывают границу между отдельными слоями.
Команда ученых из Университета Калифорнии в Беркли (США) представила новый метод аддитивной печати, который позволяет создавать объект сразу в полном объеме, а не послойно.
В качестве демонстрации возможностей технологии исследователи напечатали несколько различных фигурок, в частности, фигурку «Мыслителя» Огюста Родена. Как показано в видеоролике выше, под воздействием излучения жидкость в колбе превращается в твердый объект менее чем за минуту. При этом помимо того, что такой метод печати весьма быстр, он позволяет получать гораздо более качественные предметы, не имеющие вышеописанных структурных нюансов.
Как это работает
Чтобы напечатать фигурку объекта, исследователи в первую очередь делают снимки его тщательно проработанного цифрового прототипа, запечатлевая трехмерный прообраз со всех сторон, а затем составляют из фотографий видеоролик. На нем объект поочередно демонстрируется с разных углов (но с одного ракурса). В ходе полного оборота картинка сменяется несколько тысяч раз.
Готовое видео впоследствии загружают в 3D-принтер, который состоит из обычного проектора и вращающейся колбы, после чего последнюю наполняют жидким фоточувствительным полимерным прекурсором и синхронизируют ее вращение с видеороликом.
На заключительном этапе процесса инженеры направляют луч проектора на контейнер с прекурсором. Суперпозиция всех проекций дает такую дозу облучения и ее распределение по объему, при которых внутри сосуда с фоточувствительным полимером образуется твердый предмет заданной геометрии.
В конечном итоге в колбе остается сформированный объект и излишки жидкости, которые можно слить и затем использовать повторно.
Методика, описанная в журнале Science, получила название аксиальной компьютерной литографии. Разрешение новой технологии печати составляет 0,3 миллиметра. По словам инженеров, на создание небольшой фигурки (до 10 см в высоту) у инновационного 3D-принтера уходит от 30 до 120 секунд — для сравнения, на изготовление аналогичных объектов посредством традиционной 3D-печати требуется более часа.
Еще одно преимущество нового метода печати — способность наносить слой одного материала поверх другого. Благодаря этому можно, например, напечатать ручку отвертки вокруг металлического основания:
Ученые полагают, что в будущем новый метод аддитивной печати упростит создание различных медицинских имплантов, в частности, контактных линз, а также носимой электроники (так, датчики для умной одежды можно будет аккуратно «заворачивать» в защитный тонкий слой гидрогеля).
Главное препятствие на пути развития разработки — это стоимость используемых материалов. Существующие фотореактивные полимеры достаточно дороги, из-за чего их редко применяют в производстве. Поэтому создатели считают, что поначалу их технологию будут использовать для быстрой печати прототипов дорогостоящих небольших предметов — например, в стоматологии и ювелирном деле.
Источник: hightech.plus