Ученые разработали новую методику улучшения качества 3D

27 июля 2023 г.

Эта статья была проверена в соответствии с редакционным процессом и политикой Science X. Редакторы выделили следующие атрибуты, гарантируя при этом достоверность контента:

проверенный фактами

корректура

от TranSpread

За последнее десятилетие технологии 3D-печати претерпели беспрецедентные изменения и изменения. Теперь они позволяют быстро изготавливать трехмерные объекты по очень конкурентоспособной цене. Это делает 3D-принтеры особенно привлекательными и актуальными для различных областей, включая аэрокосмическую промышленность или медицинское оборудование.

До недавнего времени парадигма световой 3D-печати или аддитивного производства (АП) в основном основывалась на использовании ванны с жидкой фотополимерной смолой. Луч ультрафиолетового (УФ) света отверждает смолу по одному слою за раз, в то время как платформа перемещает изготавливаемый объект вниз после затвердевания каждого нового слоя.

Ультрафиолетовый свет либо сканируется растровым способом для затвердевания смолы по точкам, либо направляется на смолу, отверждая весь слой сразу. Из-за послойного характера процесса печати эти методы AM на основе света имеют серьезные геометрические ограничения и ограничения пропускной способности.

В новой статье, опубликованной в журнале Light: Advanced Manufacturing, группа ученых под руководством профессора Кристофа Мозера из Федеральной политехнической школы Лозанны разработала новую технику улучшения качества 3D-печатных изделий без увеличения проецируемых узоров.

За последние несколько лет появилось несколько технологий полностью объемного аддитивного производства (VAM), которые отходят от послойного подхода.

Двухфотонная фотополимеризация представляет собой новейшую технологию объемной печати светом. Это позволяет изготавливать микромасштабные объекты с латеральным разрешением 100 нм и осевым разрешением 300 нм. Однако этот процесс медленный, скорость печати составляет всего 1–20 мм3/ч и требует дорогостоящих фемтосекундных лазерных источников.

В конечном счете, оптическое разрешение принтера определяет достижимый размер печатаемого воксела. В DLP и томографическом VAM оптическое разрешение в лучшем случае определяется характеристиками модулятора, используемого для формирования светового паттерна, а именно DMD.

Исследовательская группа использовала чип DLP7000 от Texas Instruments, имеющий на своей поверхности Nx × Ny = 768 × 1024 микрозеркал, расположенных в виде прямоугольной матрицы, способной отображать 8-битные изображения. Изображение DMD увеличивается в оптической системе команды в 1,66 раза. Полученный рисунок на флаконе имеет размеры 1,74 см × 2,33 см с разрешением 23 мкм.

Единственный способ увеличить размер печатаемых объектов без ущерба для разрешения — переместить DMD к флакону или наоборот. Команда предложила перемещать образец вокруг светового луча по винтовой траектории. Они показали, что боковой размер печатного изображения можно увеличить вдвое без ущерба для разрешения за счет смещения центра оптической оси относительно оси вращения ванны с фотосмолой.

Вместе эти два трюка увеличивают количество строительных блоков внутри флакона до 12 раз. Доступные напечатанные вокселы используются для печати более крупных объектов размером до 3 см × 3 см × 5 см за несколько минут.