ひっくり返った3Dプリンター 25.03.2015

何年も前から存在するテクノロジーで本当に新しいものを発明するには、しばしば反対側から見る必要があります。 ほとんどの場合、これを行うには、すべてを逆さまにするか、裏返しにする必要さえあります。 このように、内燃エンジンは外燃エンジンに取って代わりましたが、前世紀の技術者は蒸気エンジンの将来の支配を予測していました。

現在、蒸気機関はスチームパンクのジャンルの幻想的な物語にしか残っていません. 確かに、ガソリンエンジンはすでに歴史のページにしか残っておらず、電気エンジンに取って代わられる可能性があります。 そのような例はたくさんあります。同じコンピュータ マウスを例にとると、ケーブル テール付きのボール マウスから、レーザーやワイヤレスのマウスに進化しました。 現在、このような急進的な変革は、最近広く利用可能になった 3D 印刷技術に影響を与える可能性があります。

いくつかの異なる XNUMXD プリント技術があり、その本質は、目的の形状のオブジェクトをレイヤーごとに作成することです。 広く使用されている方法の XNUMX つは、レーザー光造形法です。 それはどのように機能しますか？ この製品は、紫外線レーザーの作用で硬化する特殊な物質である液体フォトポリマーから作られています。 レーザー ビームはパーツの輪郭に沿って照射され、照射された領域は固体になり、照射されていない領域は液体のままになります。 作成中の製品は、液体ポリマーの槽に層ごとに浸漬されます。 工程が終了すると、完成品を槽から取り出し、未反応のポリマーを取り除き、最終加工を行います。 この技術はよく開発され、世界中で使用されています。 しかし、彼女にはXNUMXつの欠点があります。それは、時速数ミリメートルを超えない速度です。 結局のところ、最終的に印刷されるときに半日以上待たずに、できるだけ早く完成した結果を得たいと常に思っています。

3D プリントの何がそんなに遅いのですか? プロセス全体で最も遅い段階は、ポリマーの硬化であることが判明しました。 ここでのポイントは、レーザーやポリマー自体ではなく、空気中の酸素にあります。 このガスの分子は、液体ポリマーの上層に溶解し、硬化を遅らせます。 レーザー放射は、ポリマー材料の分子を互いに結合し始めて固体になる活性分子を生成します。 一方、酸素はこのプロセスを積極的に妨害し、その結果、ポリマーは硬化するよりもはるかに長く硬化します。

もちろん、酸素の代わりに窒素などを含む密閉チャンバーに 3D プリンターを配置することもできますが、これは XNUMXD プリンターの主な利点の XNUMX つである使いやすさを完全に台無しにしてしまいます。 しかし、化学者はエンジニアと協力して、酸素分子の「有害な」活動をテクノロジーに役立つチャネルに向ける方法を考え出し、印刷速度をXNUMX倍に上げることができました. このためには、すべてを逆さまにする必要がありました。

酸素が活性ポリマー分子に到達するのを防ぐには? 密閉チャンバーのオプションは最初に消えるので、別のオプションが残ります。液体フォトポリマーを含む浴の表面ではなく、表面から酸素分子がXNUMXつも到達できない深さで印刷するとどうなりますか? たとえば、底が透明な浴槽を作り、上からではなく下からレーザーで光らせます。 その後、パーツを印刷して、液体ポリマーの層の下から徐々に引き出します。 オプションは良いですが、XNUMXつのことを除いて、ポリマーは透明な底との接触点で硬化し始め、作成中の部品は単にバスにくっつきます。 ここに本発明のすべてのノウハウがあります。 開発者は、製造された部品が浴の表面に「燃えない」ことを確認することに成功しました。 そして、奇妙なことに、同じ「悪い」酸素で彼らを助けました。

液体ポリマー槽の底は特殊なテフロン素材でできており、酸素分子はほとんど自由に透過できますが、同時に紫外線レーザー放射に対して透過的です。 何が起こるのですか？ 酸素分子はこのような膜を貫通し、底近くの液体層に溶解します。 膜を通して照射されたレーザービームがフォトポリマー分子を活性化し、それらは互いに結合し始めますが、酸素で飽和した薄い層がそれらが底にくっつくのを防ぎます. このような「くっつかない」コーティングの厚さは、わずか数十マイクロメートルで、人間の髪の毛とほぼ同じです。 メンブレンの透過性、フォトポリマーの特性、レーザーの出力のバランスをとることで、3D プリント プロセス全体を驚くほど高速にすることができます。

彼らの実験では、技術の開発者は時速 500 ミリの速度を達成しました。これは、従来のレーザーステレオリソグラフィーを使用した印刷速度よりも XNUMX 倍高速です。 そして印刷された製品は、液体ポリマーで満たされた槽から見事に浮かび上がります。