3D-печать - это очень крутая, но очень медленная технология. Изготовление детализированного, состоящего из сложных элементов объекта размером с грейпфрут занимает около 115 дней.
Но учеными разработан новый метод, который, благодаря специальным печатающим головкам позволяет изготавливать сложные элементы, переключая чернила до 50 раз в секунду.
3D-принтеры произвели революцию в производстве, позволив пользователям создавать любые физические формы.
Однако большинство принтеров способны создавать объекты только из одного материала за раз. А струйные принтеры, способные к многокомпонентной печати, ограничены физическими свойствами образования капель.
Экструзионная технология позволяет использовать большое количество материалов, но это процесс очень медленный.
Например, для создания трехмерного объекта объемом около одного литра при скорости печати 10 см/с с использованием односопловой однослойной печатающей головки потребуется около 10 дней.
Чтобы построить этот объект менее чем за 1 день, необходимо использовать головку с 16 форсунками, печатающими одновременно!
Новая технология многослойной 3D-печати использует высокоскоростные клапаны высокого давления для обеспечения быстрой, непрерывной и бесперебойной работы.
Возможность переключения между восемью различными печатающими головками позволяет создавать сложные формы за более короткий промежуток времени, чем при использовании насадки с одной головкой.
Эти головки сами изготавливаются с использованием 3D-печати. Это обеспечивает их быструю настройку и адаптацию к требованиям заказчика.
Каждая насадка способна переключать материалы со скоростью до 50 раз в секунду.
Ключом к быстрому переключению чернил является серия Y-образных соединений внутри печатающей головки, где несколько каналов чернил соединяются в одном выходном сопле.
Форма сопла, степень давления и вязкость чернил точно рассчитаны и настроены таким образом, чтобы при подаче давления на один из "рычагов" соединения, чернила, стекающие через него, не вызывали обратного потока статических чернил в другой.
Это предотвращает их перемешивание, а также влияет на качество напечатанного объекта.
При работе печатающих головок с использованием набора быстрых пневматических клапанов такое одностороннее поведение потока обеспечивает быструю сборку нитей из нескольких материалов.
Они непрерывно вытекают из каждого сопла, что позволяет создавать трехмерную деталь из нескольких материалов.
Скорость подача краски может регулироваться путем использования материалов с различной степенью вязкости и текучести.
Поскольку новая технология 3-D печати позволяет производить объекты быстро, то можно использовать реактивные исходные составляющие, свойства которых со временем меняются.
К таким материалам относятся эпоксидные смолы, силиконы, полиуретаны или биокраски.
Также можно легко интегрировать материалы с разными свойствами для создания оригинальных архитектур, содержащих как твердые, так и гибкие элементы.
Чтобы продемонстрировать свою технику, исследователи напечатали структуру, состоящую из жестких панелей, соединенных очень гибкими шарнирными секциями.
Предыдущие методы построения такой структуры требовали ручной сборки их в штабелированные слои.
Новая печатающая головка смогла напечатать весь объект за один этап, используя восемь сопел для непрерывного выдавливания двух чередующихся эпоксидных красок.
Петли выдержали более 1000 циклов складывания, прежде чем вышли из строя, что свидетельствует об их высоком качестве.
Новая технология 3D-печати может также использоваться для создания более сложных объектов, включая управляющих роботов.
Исследовательская группа разработала и напечатала робота, состоящего из жестких и мягких эластомеров с многогранным рисунком, включающим встроенные пневматические каналы.
Эти каналы позволяют последовательно сжимать мягкие "мышцы" с помощью вакуума, заставляя робота "ходить".
Робот мог передвигаться, неся груз, в восемь раз превышающий собственный вес, и мог подключаться к другим роботам для транспортировки более тяжелых грузов.
Современные печатающие головки могут печатать пока только повторяющиеся элементы.
Но команда считает, что 3D-печать будет продолжать развиваться благодаря насадкам, которые способны использовать разные чернила одновременно, а также создавать объекты высокого разрешения.
Это достижение может значительно повысить темпы развития производственной индустрии.
***
Подписывайтесь на канал, чтобы не пропустить новые разработки ученых.