Фотополимерный 3D-принтер из бытового видеопроектора создает объекты без слоев



    Принципиально иной подход к фотополимерной 3D-печати, разработанный в Калифорнийском университете в Беркли, позволяет создавать 3D-принты за несколько минут и дополнять 3D-печатными деталями существующие объекты.

    По материалам статьи Кары Манке из издания «Калифорнийского университета в Беркли» Berkeley News. Переведено и адаптировано Top 3D Shop.


    Большинство методов 3D-печати предполагают добавление материала слой за слоем. Это устанавливает некоторые ограничения в применении 3D-печатных объектов, например — печать новых объектов в совмещении с существующими крайне затруднена, обычно вы не можете установить в 3D-принтер поврежденную деталь и напечатать отломавшийся фрагмент.
    Эта же методика позволяет проводить такие операции.


    Металлическая микроотвертка с напечатанной на ней ручкой.

    Авторы разработки: Бретт Э. Келли, Индрасен Бхаттачарья, Хоссейн Хейдари;
    Соавторы: Максим Шустефф, Кристофер М. Спадаччини;
    Начальник лаборатории и автор-корреспондент: Хейден К. Тейлор.
    Научная публикация в Science 3’2019.

    Келли и соавторы представили другой метод изготовления — 3D-печать путем вращения фотополимера в динамически развивающемся световом поле. Это позволило им печатать целые сложные объекты за один полный оборот сосуда с фотополимером, обходя необходимость в послойном построении.

    Аддитивное производство новым методом обещает геометрическую свободу и возможность комбинировать материалы, для получения сочетания разных свойств в одной детали.

    Разработчики продемонстрировали одновременную печать всех точек в трехмерном объекте, путем освещения вращающегося объема светочувствительного материала динамически развивающимся световым рисунком. В ходе тестов получены элементы размером всего 0,3 миллиметра в инженерных акрилатных полимерах и мягкие структуры с исключительно гладкими поверхностями в гидрогеле из желатинметакрилата.


    «Тот факт, что вы можете взять металлический компонент или что-то из другого производственного процесса и добавить новую часть с настраиваемой геометрией, я думаю, может изменить способ конструирования продуктов.

    По сути, можно взять обычный видеопроектор, буквально привезти из дома, подключить его к ноутбуку и использовать для проецирования серии вычисленных изображений на вращающуюся цилиндрическую емкость с густой фотополимерной смолой.



    Очевидно, тут тоже есть свои тонкости, прежде всего — в расчете проецируемых изображений, но с созданием аппаратной части значительных трудностей не возникнет», — сказал Тейлор.


    Тейлор и команда использовали принтер для создания серии тестовых объектов — от крошечной модели статуи Родена «Мыслитель», до модели челюсти по индивидуальному заказу.


    В настоящее время они могут делать объекты диаметром до 10 см.

    «Это первый случай, когда нам не нужно создавать трехмерные детали послойно; это делает 3D-печать действительно трехмерной», — говорит Бретт Келли, соавтор научной работы.


    Для своей новой технологии исследователи сформулировали густой сиропообразный фотополимер, который полимеризуется лишь при строго определенной интенсивности воздействующего света.


    Смола для 3D-печати состоит из жидких полимеров, смешанных с фоточувствительными молекулами и растворенным кислородом. Свет активирует светочувствительное соединение, которое истощает кислород. Только в тех областях, где использовался весь кислород, полимеры образуют связи, которые превращают смолу из жидкости в твердое вещество. Неиспользованная смола может быть переработана путем нагревания в атмосфере кислорода.

    «Наша методика практически не создает отходов, а неотвержденный материал можно использовать повторно на 100%», — говорит Хоссейн Хейдари, аспирант лаборатории Тейлора в Калифорнийском университете в Беркли и соавтор работы.



    «Мы надеемся, что это откроет путь для многих других исследователей в этой захватывающей области технологий» — сказал Максим Шустефф, инженер, соавтор работы.


    Это одна из тех идей, которые «витают в воздухе», и она оставалась просто идеей, пока эти ребята не догадались создать специальный подходящий фотополимер.

    Детальность полученных образцов пока не впечатляет, но сам метод как минимум интересен. Возможно, при получении фотополимера с еще более точной границей перехода (тут слово за химиками), а также при совершенствовании алгоритмов расчета изображений, детализация созданных по этому методу принтов увеличится.

    Как вы думаете, можно ли применять такой метод для домашней 3D-печати? Где он будет наиболее востребованным?

    Скоро ли появятся серийные образцы работающих на этом принципе 3D-принтеров? Вы купили бы такой себе? Поделитесь своим мнением в комментариях.
    Top 3D Shop
    Ваш эксперт на рынке 3D-техники

    Комментарии 15

      +2
      В конце 80-х — начале 90-х в журнале по Autocad видел подобный 3D-принтер. Только там использовались лазерные лучи и полимеризация происходила в месте их пересечения. Точность была превосходной. Что сейчас мешает использовать два-три проектора и рисовать узкими лучами чтобы повысить точность?
        0
        чьи нибудь патенты, небось…
          –1

          Фотополимерные принтеры давно используются. А в статье же про новый интересный подход.

            0
            Ну, по описанию полимеризации в точки пересечения нескольких лазерных лучей — все же ближе к статье, чем к тому, что используется давно, ибо там послойно засвечивают то, что нужно, постепенно опуская фигурку ниже слоя фотополимера.
            А по описанию с лазером, по-идее, так же сразу в 3D можно было бы выращивать, без необходимости механического перемещения самой модельки.
              0

              Я слабо представляю себе, как ведут себя материалы, но не будет ли от печати лазером заметных слоёв на детали?

                0
                Не знаю, но если идея была именно в образовании «пикселя» в пересечении нескольких лазерных лучей, то размер 3d пикселя мог быть достаточно небольшим, при этом лазерные лучи вовсе не обязаны были бы именно послойно эти пиксели размещать. В этой же технологии тоже есть ограничение на размер:
                В ходе тестов получены элементы размером всего 0,3 миллиметра в инженерных акрилатных полимерах и мягкие структуры с исключительно гладкими поверхностями в гидрогеле из желатинметакрилата.
                Но я могу быть в корне не прав)
                0
                Нет, это совсем другое. Если полимеризовать в пересечении лучей, то получается даже хуже, чем послойно — поточечно. Здесь используется отверждение в объёме, и, видимо, чтобы отвердить объём за уже твёрдым, они в нескольких точках проектора повышают интенсивность, чтобы и за фокусом была достаточная интенсивность, ну или сдвигают фокус. Надо будет статью покурить, чтобы делать такие финты, надо иметь динамически обновляемую карту лучепреломления, чего, насколько я знаю, до сих пор не умели.
                  0
                  Надо будет статью покурить, чтобы делать такие финты, надо иметь динамически обновляемую карту лучепреломления, чего, насколько я знаю, до сих пор не умели.
                  Осознал масштаб, был не прав…
                    0
                    Если достаточная интенсивность будет за фокусом, то она и перед фокусом будет, по идее. Впрочем, стоит учесть изменение преломления в отвержденном материале.
                      0
                      Ага, если будет достаточный RI mismatch, например, RI фотополимера больше, чем кюветы, то «веретено» PSF будет больше вытянуто в дальнюю от источника света сторону.
                0
                Пузырьковые сувенирные скульптуры «в кристаллах» так давным давно везде делают — см. лазерная графика.
                  0
                  В конце прошлого века в Москве был какой-то международное светошоу, с фейерверками и там показывали лазерные проекции над парком Горького. Я такого с тех пор не видел, на небе крутились трёхмерные визуализации, а лучей видно не было. Видимо светились именно пересечения лучей. На крымском мосту несколько аварий произошло из-за этого шоу, все смотрели на небо вместо дороги.
                  Про это шоу найти ничего не смог и у меня сомнения в действительности воспоминаний. Есть ли вообще возможность заставить светится только пересечение лазерных лучей?
                    0
                    Может то была проекция на облака или какое-то искуственное препятствие? Например, на веер из водяных струй специального фонтана нынче частенько проецируют.
                      0
                      Были попытки ионизировать воздух — habr.com/ru/post/362495
                        0
                        Вот это похоже, изображение тогда тоже было из точек.
                        А вот облаков низких не было и фонтана такой высоты тоже, ну и изображение не казалось плоским.

                  Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

                  Самое читаемое