Инженер

Новый метод 3D-печати с использованием ближнего инфракрасного (NIR) света для создания сложных структур, содержащих множество материалов и цветов, был разработан командой из Университета Хериот-Ватт.

Группа под руководством доктора Хосе Маркеса-Уэсо из Института датчиков, сигналов и систем достигла этого, модифицировав стереолитографию для обеспечения интеграции нескольких материалов. Обычный 3D-принтер обычно применяет синий или УФ-лазер к жидкой смоле, которая затем избирательно затвердевает слоями для создания объекта. Однако недостатком этого подхода являются ограничения при смешивании материалов.

В финансируемом EPSRC проекте под названием MUSCLE (Мультиматериальная стереолитография путем сшивания посредством люминесцентного возбуждения) ученые использовали источник ближнего ИК-света, способный печатать на гораздо большей глубине в ванне со смолой без необходимости печати слоями.

По словам Хериот-Ватта, результаты открывают возможности для промышленности, особенно для тех, которые полагаются на специализированные детали, например, в здравоохранении и электротехнике.

В своем заявлении доктор Маркес-Уэсо сказал: «Новинка нашего нового метода, который никогда раньше не применялся, заключается в использовании окон невидимости материалов в ближнем ИК-диапазоне для печати на глубине более 5 см, тогда как традиционная технология имеет глубину более 5 см. предел около 0,1 мм. Это означает, что вы можете печатать одним материалом, а затем добавлять второй материал, закрепляя его в любой позиции 3D-пространства, а не только поверх внешних поверхностей.

«Например, мы можем напечатать полый куб, который практически запечатан со всех сторон. Затем мы можем вернуться позже и напечатать объект, сделанный из совершенно другого материала, внутри этой коробки, потому что NIR-лазер будет проникать сквозь предыдущий материал. как будто он невидим, потому что на самом деле в НИР он совершенно прозрачен».

БОЛЬШЕ ОТ АДДИТИВНОГО ПРОИЗВОДСТВА И ПРОТОТИПИРОВАНИЯ

Доктор Адилет Жакеев, доктор философии из Университета Хериот-Ватт, работавший над этим проектом почти три года, добавил: «Технология моделирования плавленым осаждением (FDM) уже позволяла смешивать материалы, но FDM имеет низкое разрешение, когда слои видимы, в то время как световые технологии, такие как стереолитография, могут обеспечить гладкие образцы с разрешением менее пяти микрометров».

По словам ученых, ключевым компонентом их проекта стала разработка модифицированных смол, содержащих наночастицы, обладающие оптической конверсией с повышением частоты. Эти наночастицы поглощают фотоны ближнего ИК-диапазона и преобразуют их в синие фотоны, которые затвердевают смолу. Это явление является нелинейным, то есть синие фотоны могут получаться в основном в фокусе лазера, а не на пути через него. По этой причине БИК может проникать глубоко в материал, как если бы он был прозрачным, и затвердевать только материал внутри.

Новый метод 3D-печати позволяет печатать в одном образце несколько материалов с разными свойствами, например гибкие эластомеры и жесткий акрил. Утверждается, что этот метод предлагает множество новых способов печати, включая 3D-печать объектов внутри полостей, восстановление сломанных объектов и биопечать на месте через кожу.

«В рамках того же исследовательского проекта мы ранее разработали смолу, на которую можно избирательно покрывать медь», — сказал доктор Маркес-Уэсо. «Объединив обе технологии, мы теперь можем печатать в 3D двумя разными смолами и выборочно покрывать медью только одну из них, используя простую ванну с гальваническим раствором. Таким образом, мы можем создавать интегральные схемы в 3D, что очень полезно для электронной промышленности. ."

Доктор Маркес-Уэсо продолжил: «Очевидным преимуществом этой технологии является то, что полную машину можно построить менее чем за 400 фунтов стерлингов. Некоторые другие передовые технологии, в которых используются лазеры, такие как двухфотонная полимеризация (2PP), требуют дорогостоящих сверхбыстрых лазеров для порядка десятков тысяч фунтов, но это не наш случай, потому что наши специальные материалы позволяют использовать недорогие лазеры. Теперь, когда у нас есть результаты, подтверждающие наши утверждения, мы надеемся сотрудничать с предприятиями и развивать эту технологию дальше».