Исследователи из Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) разработали новую технику 3D-печати, которая использует свет для создания сложных структур, а затем аккуратно растворяет поддерживающий материал. Это расширяет возможности многокомпонентного аддитивного производства (АМ).
Традиционные поддерживающие структуры в 3D-печати
Традиционные поддерживающие структуры часто увеличивают время, отходы и риски в процессе, особенно при печати сложных деталей. Но в новом исследовании, опубликованном в ACS Central Science, команда LLNL — в сотрудничестве с исследователями из Университета Калифорнии в Санта-Барбаре (UCSB) — описывает подход к печати «в одном горшке», который использует две длины волны света для одновременного создания постоянных структур и временных опор из одной рецептуры смолы.
Решение давней проблемы в АМ
Метод решает давнюю проблему в АМ: как изготавливать подвесные или выступающие элементы без громоздких лесов, требующих ручного удаления. Это ключевое препятствие для широкого внедрения технологий цифровой обработки света (DLP) в 3D-печати.
«Эта работа добавляет ещё один вариант к растущему спектру возможностей многокомпонентной печати», — сказал главный исследователь и сотрудник LLNL Максим Шустев.
Инновации в печати
Одним из ключевых нововведений исследования является специально разработанный двухволновой принтер с отрицательным изображением (DWNI) DLP, запатентованный соавтором и инженером LLNL Брайаном Мораном. Система использует одно цифровое микрозеркальное устройство для одновременного проецирования ультрафиолетового (УФ) и видимого света, каждый из которых вызывает различную химическую реакцию. УФ-свет затвердевает окончательную эпоксидную структуру, в то время как видимый свет отверждает разлагаемый термореактив, предназначенный для растворения после печати.
После термической постобработки напечатанные объекты помещают в водный раствор на основе воды, где опоры мягко растворяются, оставляя основную структуру неповреждённой, без повреждений или остатков. Команда успешно продемонстрировала свободно плавающие конструкции, включая переплетённые кольца и шар в клетке — формы, которые трудно или невозможно создать с помощью традиционных методов послойной печати.
Преимущества подхода
Подход предлагает практические преимущества: сокращение времени печати, минимальные отходы материала и улучшенное разрешение. Он также позволяет избежать необходимости замены смол в середине печати, что является распространённым препятствием в многокомпонентной 3D-печати, — говорят исследователи.
«Наш подход к встроенной печати «в одном горшке» улучшает точность неподдерживаемых, свободно плавающих структур, таких как выступы и консоли, за счёт использования разлагаемых опор, которые действуют как временные леса для предотвращения обрушения и смещения во время изготовления», — сказала первый автор Изабель Ариас Понсе, научный сотрудник Национальной лаборатории UC и будущий инженер-материаловед LLNL.
«Кроме того, мобильные компоненты — такие как петли и системы с зацеплением — могут быть изготовлены на месте путём простого создания разлагаемого интерфейса между несколькими частями. Это устранит необходимость в ручной сборке и повысит эффективность производства».
Предоставлено Lawrence Livermore National Laboratory.