Мы только что распечатали микрофон на 3D-принтере в лаборатории – а дальше вообще будет полная научная фантастика

Автор оригинала: Andrew Reid
  • Перевод


Идея создания физического объекта из цифрового файла кажется захватывающей. Она вызывает в памяти репликаторы из «Звёздного пути», способные сделать всё, от одежды до запчастей для космического корабля и еды. Сегодняшняя 3D-печать совершает впечатляющие шаги в этом направлении, что вызывает большой интерес у многих производителей. К примеру, стало возможным распечатывать компоненты сложных электронных устройств на относительно простом оборудовании – как только что продемонстрировала моя исследовательская команда, создав, как мы считаем, первый микрофон, распечатанный на 3D-принтере.

Для 3D-печати доступно уже довольно много разных материалов, в том числе, похожих на дерево и серебро. Однако большинство машин ограничено работой с синтетическими материалами – пластик, резиновые полимеры и нейлон. Обычно машины печатают только одним материалом в один момент времени, или переключаются по палитре из двух-трёх материалов. Но это всё равно оставляет большой потенциал, особенно для придания материалам разных свойств. Этого можно добиться, примешивая наночастицы другого материала, имеющего нужные вам свойства.


Если вы, к примеру, хотите, чтобы ваш материал проводил ток, вы можете добавить в него серебряные, золотые или углеродные нанотрубки. Это делает возможной печать электронных схем. Если вам нужно пьезоэлектричество – генерация электричества при сжатии – вы можете добавить в материал титанат бария. Получившийся предмет можно превратить в датчик звука или тепла, или в силовой привод, устройство, заставляющее двигаться другие компоненты.

Переключаясь между схемами, датчиками и приводами во время одной печати, можно создать работающий электронный компонент целиком. В последние годы люди использовали такую технику для изготовления таких вещей, как, например, оптические компоненты для линз или панелей, или акселерометров – устройств, измеряющих движение разных объектов, от бегущего человека до землетрясений. Она же позволила нам создать наш микрофон, перевести его из цифрового файла в реальность всего за шесть часов.

Подайте ваш пластик


В идеале мы бы хотели использовать один из популярных 3D-принтеров от MakerBot, стоимость которых начинается от £1000, однако они не любят добавления крохотных частичек в материал. Они работают, выдавливая пластиковую нить, которая затем остывает и застывает, и наночастицы засоряют эту систему – особенно, если добавить их достаточно много, чтобы усилить свойства материала.

Вместо него мы использовали Asiga Pico 27 plus по цене в £6000. Он использует "цифровую обработку светом", и отверждает пластик, освещая его ультрафиолетом. Свет выстраивается при помощи 4000 микрозеркал, похожих на те, что используются в домашних проекторах. Для изготовления модели принтер проецирует набор двумерных изображений на жидкий пластик, и немного сдвигает модель вверх каждый раз после отверждения слоя. Наночастицы меняют длительность освещения, необходимую для отверждения, и немного поглощают и рассеивают падающий свет, но учтя этот момент, печать можно вести довольно успешно.


Один из недостатков этой технологии состоит в том, что она плохо относится к изменению типов материала. Поскольку исходным материалом служит жидкий пластик, его необходимо держать в ёмкости: модель погружается в жидкость при печати каждого следующего слоя. Для смены материала приходится всё останавливать и менять ёмкости вручную, перед началом печати очередного слоя.

Это можно обойти, оставляя в модели на месте другого материала отверстие. Затем можно сменить материалы и печатать внутри этого отверстия, в результате получая трёхмерный объект с взаимосвязанными внутренними свойствами.

Что будет дальше


Технические проблемы 3D-распечатки работающего микрофона в основном связаны с управлением процесса, выбором времени засветки ультрафиолетом с точностью до миллисекунды и тщательного комбинирования и смешивания разных материалов. В конечном итоге получается устройство, ведущее себя практически как нормальный микрофон, за исключением плоховатого соотношения сигнал/шум и великоватого сопротивления токопроводящих слоёв. Он, к примеру, не сравнится с кремниевым микрофоном, стоящим в вашем смартфоне.


Наш микрофон

Другие команды, пробовавшие печать при помощи нанокомпозитных материалов, сталкивались с похожими проблемами. При изготовлении упомянутых мною оптических компонентов или акселерометров они обычно пытались либо встраивать предварительно изготовленные микрочипы и датчики в печатаемые объекты, либо подправлять пластик после печати. Мы пока не дошли до того уровня, когда можно будет, к примеру, распечатать смартфон приличного качества с нуля: Samsung и Apple пока могут расслабиться.



Однако и сегодняшние наши способности всё равно открывают нам удивительные возможности – в частности потому, что хорошие приводы проще распечатать, чем хорошие датчики. Добро пожаловать в нарождающуюся область мягкой робототехники, где существует потенциал для печати рук, осуществляющих захват так же мягко и точно, как человеческие; или нанороботов, распаковывающихся, как оригами, при достижении нужного органа в человеческом теле; или даже целых роботов, как рыба по ссылке, способных имитировать сложные движения животных.

Прототипы подобных устройств уже существуют, хотя в них и комбинируются распечатанные и обычные компоненты. Лет через 10 их, скорее всего, можно будет печатать целиком. Так что, прямо как персонажи «Звёздного пути» из 24 века, мы тоже скоро сможем выбрать файлик с каким-нибудь интересным устройством и напечатать его на заказ. Что вы говорите — мягкое роботизированное щупальце? Ну, пока для таких вещей ещё нет мобильных приложений, но это лишь вопрос времени.
Поддержать автора
Поделиться публикацией

Комментарии 10

    +3
    «не сравнится с кремниевым микрофоном, стоящим в вашем смартфоне», всегда считал, что все дешевые микрофоны — динамические, вида катушка-мембрана-магнит. То, что в свободное место бустер ставят, не делает его «силиконовым».

    Из статьи, кроме восторгов 3д печатью, ничего не понятно. Что за микрофон (может, они конденсаторный печатали? Или угольный, на кофемашине? ), где модель, и т.п.

    Угольный микрофон раньше делали 6-летние дети, к примеру и 3д принтер, по идее, справится.
      +1
      А в телефоны и правда сейчас кремниевые микрофоны ставят, MEMS… их делать оказалось дешевле и получаются компактнее чем электретные, и темболее конденсаторные. Некоторые даже сразу с цифровым выходом.
        0
        только технология 3Д печати оных должна быть на уровне «мы распечатали чип ОЗУ, а теперь напечатаем микрофон»
          0
          Чип ОЗУ сначала изготавливают, а потом монтируют в модуль на контакты?
      +3
      image

      как то так))
        0
        Действительно, из статьи непонятно, что именно всё-таки сделали…
          +1
          Так что, прямо как персонажи «Звёздного пути» из 24 века, мы тоже скоро сможем выбрать файлик с каким-нибудь интересным устройством и напечатать его на заказ.

          Роберт Шекли. «Необходимая вещь.»
          Грегор мрачно смотрел на него.
          — Ты ничего не замечаешь?
          — А что? — Арнольд огляделся.
          Там, где раньше стояли три Конфигуратора, сейчас их было уже четыре.
          — Ты приказал им воспроизвести еще одного? — спросил Арнольд. — Ничего страшного. Теперь надо только приказать, чтобы они сделали по бриллианту.
          — Ты все еще ничего не понял? — грустно воскликнул Грегор. — Смотри!
          Он нажал на кнопку ближайшего Конфигуратора и сказал:
          — Бриллиант.
          Конфигуратор затрясся.
          — Это все ты и твой проклятый принцип наслаждения, — устало проговорил Грегор.
          Машина вновь завибрировала и произвела на свет… еще один КОНФИГУРАТОР!!!
            0

            Мне папа рассказывал, что когда настанет коммунизм, то не надо будет самому печатать. Результат заказа в удобное мне время просто принесут домой.

              +1
              Армянское радио спрашивают
              — «Правда-ли что при коммунизме продуты можно будет заказать по телефону?»
              «Правда» — отвечает Армянское радио, " и получить их можно будет по телевизору"
              0
              24 век — это около 2371 года, эпоха TNG. А кадры из другого сериала, про 2151 год сезон.
              А в одном сериале пришлось заменить репликатор кухней.

            Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

            Самое читаемое