Επανάσταση στην τρισδιάστατη εκτύπωση: τυπώνουν σε χρόνο ρεκόρ υλικά αυξημένης αντοχής

Εστιάζοντας στην επίλυση της πρόκλησης, μια ομάδα ερευνητών στα Sandia National Laboratories (SNL) ανέπτυξε μια νέα διαδικασία εκτύπωσης που δημιουργεί ισχυρότερα μη μεταλλικά υλικά σε χρόνο ρεκόρ, πέντε φορές πιο γρήγορα από τις παραδοσιακές τεχνικές τρισδιάστατης εκτύπωσης.

Σύμφωνα με τον Samuel Leguizamon, επιστήμονα υλικών και επικεφαλής του έργου, η νέα διαδικασία «ανοίγει έναν εντελώς νέο κόσμο για το τί μπορεί να κατασκευαστεί και τα τρισδιάστατα υλικά τα οποία μπορούν να χρησιμοποιηθούν».

Η πιο συχνά χρησιμοποιούμενη τρισδιάστατη εκτύπωση επιτυγχάνεται τυπικά με το φωτισμό μιας φωτοευαίσθητης δεξαμενής υγρής ρητίνης στο επιθυμητό σχέδιο. Η ρητίνη σκληραίνει και στερεοποιείται σε ένα στρώμα πολυμερούς όταν εκτίθεται στο φως κάτω από τον κάδο. Για να ωριμάσει το επόμενο στρώμα, το σκληρυμένο πολυμερές ανυψώνεται και ένα νέο σχέδιο προβάλλεται από κάτω. Ως αποτέλεσμα, ένα κοινό πρόβλημα προκύπτει από το ότι το πολυμερές κολλάει στον πάτο του κάδου και στο στρώμα από πάνω του, καθώς σκληραίνει.

Σύμφωνα με τους ερευνητές, για να αποφευχθεί η ζημιά, το σκληρυμένο πολυμερές πρέπει να τραβιέται προσεκτικά από τον κάδο μετά από κάθε στρώση, γεγονός που επιβραδύνει σημαντικά τη διαδικασία της τρισδιάστατης εκτύπωσης.

Η ομάδα συγκρίνει τη διαδικασία με το ψήσιμο μπισκότων. «Αφού ψήσετε τα μπισκότα, πρέπει να τα αφήσετε να κρυώσουν. Αν προσπαθήσατε να ξεκολλήσετε το ζεστό μπισκότο από το φύλλο, αυτό πιθανότατα θα σπάσει. Το ίδιο θα συνέβαινε με έναν τρισδιάστατο εκτυπωτή εάν προσπαθούσατε να εκτυπώσετε γρήγορα κάθε στρώμα. Η δουλειά σας θα παραμορφωνόταν», λέει η Leah Appelhans, ερευνήτρια του SNL.

Η ομάδα επινόησε μια καινοτόμο προσέγγιση για την ψύξη της ουσίας μετά το ψήσιμο, αξιοποιώντας τον συνδυασμό δύο συγκεκριμένων πηγών φωτός: του μπλε και του υπεριώδους. Εμπνευσμένη από τεχνικές όπως η εκτύπωση φωτός διπλού μήκους κύματος για πολυμερισμούς με βάση το ακρυλικό και η συνεχής εκτύπωση υγρής διεπαφής, η ομάδα ανέπτυξε αυτή τη μέθοδο.

Εφάρμοσαν με επιτυχία αυτή την τεχνική κατά την κατασκευή του SWOMP (Selective Dual-Wavelength Olefin Metathesis 3D-Printing). «Η εκτύπωση συνεχίζει να πραγματοποιείται σε στρώματα, αλλά ένα δεύτερο μήκος κύματος φωτός χρησιμοποιείται για να αποτρέψει τον πολυμερισμό στο κάτω μέρος του κάδου. Άρα το υλικό δεν κολλάει εκεί. Αυτό σημαίνει ότι μπορείτε να σηκώσετε το σκληρυμένο πολυμερές τμήμα πιο γρήγορα και να επιταχύνετε σημαντικά τη διαδικασία εκτύπωσης», δήλωσε ο Leguizamon.

Η ομάδα εστίασε επίσης στην ευελιξία των τρισδιάστατων εκτυπωμένων υλικών. Δεν είναι η ισχυρότερη ουσία, το ακρυλικό είναι η βάση για την πλειονότητα των τυπωμένων υλικών που δημιουργούνται μέσω πολυμερισμού δεξαμενής. Αυτά τα υλικά είναι εξαιρετικά δύσκολο να χρησιμοποιηθούν σε δύσκολα περιβάλλοντα όπως η αεροδιαστημική, η αυτοκινητοβιομηχανία και τα αεροσκάφη.

Η ομάδα εξέτασε το δικυκλοπενταδιένιο, μια ουσία που χρησιμοποιείται συχνά στην κατασκευή χρωμάτων, βερνικιών και πλαστικών επιβραδυντικών φλόγας. Για να λειτουργήσει καλύτερα στην τρισδιάστατη εκτύπωση, μπόρεσαν να καταλάβουν πώς να χρησιμοποιήσουν το φως για να το πολυμερίσουν πιο γρήγορα.

Οι ερευνητές αναμένουν ότι ο κόσμος της τρισδιάστατης εκτύπωσης θα ανοίξει χάρη στην επαναστατική τεχνολογία εκτύπωσης που διαθέτουν. Ο κύριος στόχος τους είναι να αυξήσουν την ποικιλία των υλικών που είναι διαθέσιμα, έτσι ώστε οι μηχανικοί, οι ερευνητές και οι σχεδιαστές να μπορούν να επιλέξουν το είδος του υλικού που ταιριάζει καλύτερα στις ανάγκες τους.

Η ομάδα οραματίζεται επίσης ένα μέλλον στο οποίο οι απομακρυσμένες τοποθεσίες θα μπορούν να χρησιμοποιούν με μεγαλύτερη ευκολία την τρισδιάστατη εκτύπωση. «Εξετάζουμε τοποθεσίες όπου τα μηχανήματα και τα ανταλλακτικά δεν είναι άμεσα διαθέσιμα, όπως στο διάστημα, στο φεγγάρι ή στη Μέση Ανατολή σε μια αμερικανική στρατιωτική βάση. Με μερικά ελαφριά υλικά, ο χρήστης μπορεί να κατασκευάσει ό,τι χρειάζεστε επιτόπου», δήλωσε ο Bob Sleeper, στέλεχος αδειοδότησης της SNL.