Инженеры представили 3D-принтер с рекордной скоростью печати крупных объектов. При этом он не жертвует качеством поверхности изделия. Как ожидается, новинка, обещающая революцию в производстве, поступит в продажу уже через полтора года.
Достижение описано в научной статье, опубликованной в журнале Science группой во главе со всемирно известным учёным Чедом Миркиным.
3D-печать всё прочнее входит в нашу жизнь. Но пока она ограничивается изготовлением штучных изделий и мелкосерийным производством. Дело в том, что нынешние принтеры ограничены в скорости печати. Кроме того, инженерам приходится выбирать между размером детали и точностью её исполнения. Напечатанные крупные детали, такие как кузова автомобилей, часто принимают окончательную форму лишь после дополнительной обработки.
"Если бы мы могли печатать быстро без ограничений по материалам и размеру, мы произвели бы революцию в производстве. HARP готов сделать это", – утверждает Миркин.
HARP – это сокращение от словосочетания high-area rapid printing, то есть "быстрая печать на большой площади". Принтер вполне оправдывает своё название. Он может напечатать объект с площадью основания 0,23 квадратного метра и высотой почти четыре метра. При этом в час он печатает более 43 сантиметров по высоте и превращает в готовые изделия до 100 литров жидкого материала. Это рекордная производительность.
Вместе с тем HARP изготавливает детали с высокой точностью, так что им не требуется никакая дополнительная обработка. Принтер может одновременно работать с одним крупным изделием или с несколькими небольшими.
По части материалов он довольно всеяден. Инструмент создаёт объекты из эластичных и твёрдых пластмасс и даже из керамики.
Как же учёным удалось добиться такого результата?
Основная идея не нова. HARP использует прозрачные гели, которые облучает ультрафиолетовым лазером в нужных местах. Лазерный луч вызывает химическую реакцию, в результате которой гель затвердевает и превращается в материал готового изделия. Этот метод (так называемая стереолитография) позволяет получать более прочные объекты, чем традиционная послойная печать.
Так работают многие 3D-принтеры, и эта технология продолжает развиваться. Однако проблемой стереолитографии остаётся отвод тепла.
Химическая реакция, провоцируемая в геле лазерным излучением, идёт с выделением теплоты. Чем быстрее работает принтер, тем сильнее нагревается гель и прилегающие к нему части установки. Порой температура доходит почти до 200 °C.
Перегрев приводит к растрескиванию и деформации напечатанного изделия. Поэтому стереолитографические принтеры и ограничены в скорости, хотя они существенно быстрее других технологий 3D-печати.
Миркин и его коллеги обошли эту проблему, применив в качестве охладителя фторсодержащее масло. Оно охлаждает заготовку по всей области печати, при этом не вступая со смесью в химические реакции. Такая новинка (кстати, уже запатентованная) устраняет опасность перегрева и снимает это ограничение на скорость работы.
Попутно масло решает ещё одну проблему. Слой жидкости работает как антипригарное покрытие, предотвращая прилипание геля к деталям принтера. Одно это увеличивает скорость работы в сто раз (!), поскольку избавляет от необходимости многократно очищать устройство.
Любопытно, что в HARP использованы наработки Миркина по изобретённой им в 1999 году нанолитографии, то есть нанесению рисунков на наноразмерные объекты.
К слову, ранее "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) писали об уникальном двухлазерном 3D-принтере от "Росатома", а также о принтерах для печати одноэтажных домов и многоэтажек.
Больше проверенных новостей науки читайте нашем сайте https://nauka.vesti.ru .