Imprimante 3D retournée 25.03.2015

Pour inventer quelque chose de vraiment nouveau dans une technologie qui existe depuis des années, il faut souvent la regarder du côté opposé. Très probablement, pour cela, vous devrez même tout retourner ou le retourner. Ainsi, les moteurs à combustion interne ont supplanté les moteurs à combustion externe, bien que les ingénieurs de l'avant-dernier siècle aient prédit la future domination des moteurs à vapeur.

Désormais, les machines à vapeur ne sont restées que dans les histoires fantastiques du genre steampunk. Certes, les moteurs à essence ont déjà toutes les chances de rester seuls dans les pages de l'histoire, laissant la place aux électriques. Il existe de nombreux exemples de ce type, prenez les mêmes souris d'ordinateur qui ont évolué des souris à boule avec une queue de câble aux souris laser et sans fil. Maintenant, une transformation aussi radicale peut affecter la technologie d'impression 3D, qui est récemment devenue largement disponible.

Il existe plusieurs technologies d'impression XNUMXD différentes, dont l'essence est la création couche par couche d'un objet de la forme souhaitée. L'une des méthodes les plus utilisées est la stéréolithographie laser. Comment ça marche? Le produit est créé à partir d'un photopolymère liquide - une substance spéciale qui durcit sous l'action d'un laser ultraviolet. Le faisceau laser parcourt le contour de la pièce, les zones éclairées par celui-ci deviennent solides et les zones non exposées restent liquides. Le produit en cours de création est immergé couche par couche dans un bain de polymère liquide. Lorsque le processus est terminé, la pièce finie est retirée du bain, le polymère n'ayant pas réagi est retiré et le traitement final est effectué. La technologie est bien développée et utilisée partout dans le monde. Mais elle a un inconvénient - la vitesse, qui ne dépasse pas quelques millimètres par heure. Après tout, vous voulez toujours obtenir le résultat final le plus rapidement possible, et ne pas attendre une demi-journée ou plus, lorsqu'il sera enfin imprimé là-bas.

Qu'y a-t-il de si lent dans l'impression 3D ? Il s'est avéré que l'étape la plus lente de tout le processus est le durcissement du polymère. Et le point ici n'est pas dans le laser ou le polymère lui-même, mais dans l'oxygène de l'air. Les molécules de ce gaz se dissolvent dans la couche supérieure du polymère liquide et ralentissent son durcissement. Le rayonnement laser crée des molécules actives qui commencent à lier les molécules du matériau polymère les unes aux autres afin qu'il devienne solide. L'oxygène, en revanche, interfère activement avec ce processus, à la suite de quoi le polymère durcit beaucoup plus longtemps qu'il ne le pourrait.

Bien sûr, vous pouvez mettre une imprimante 3D dans une chambre scellée, qui contiendra, par exemple, de l'azote au lieu de l'oxygène, mais cela ruinera complètement l'un des principaux avantages de l'impression XNUMXD - la facilité d'utilisation. Cependant, des chimistes, en collaboration avec des ingénieurs, ont trouvé un moyen de diriger l'activité "nocive" des molécules d'oxygène dans un canal utile pour la technologie, et ont pu multiplier par cent la vitesse d'impression. Pour cela, il fallait juste tout chambouler.

Comment empêcher l'oxygène d'atteindre les molécules de polymères actifs ? Puisque l'option avec une chambre scellée disparaît au tout début, il en reste une autre : et si l'impression n'était pas effectuée à la surface d'un bain de photopolymère liquide, mais à une profondeur où aucune molécule d'oxygène ne peut atteindre depuis la surface ? Par exemple, faites une baignoire avec un fond transparent et faites briller avec un laser non pas d'en haut, mais d'en bas. Ensuite, il serait possible d'imprimer la pièce en la retirant progressivement de sous la couche de polymère liquide. L'option est bonne, sauf pour une chose - le polymère commencera à durcir juste au point de contact avec le fond transparent, et la pièce en cours de création collera simplement au bain. C'est là que réside tout le savoir-faire de l'invention. Le développeur a réussi à s'assurer que la pièce fabriquée ne "brûle" pas à la surface du bain. Et les a aidés à cela, curieusement, le même "mauvais" oxygène.

Le fond du bain de polymère liquide était constitué d'un matériau spécial en téflon, à travers lequel les molécules d'oxygène peuvent pénétrer presque librement, mais en même temps, il est transparent au rayonnement laser ultraviolet. Ce qui se produit? Les molécules d'oxygène pénètrent dans une telle membrane et se dissolvent dans la couche liquide proche du fond. Un faisceau laser brillant à travers la membrane active les molécules de photopolymère et elles commencent à se lier les unes aux autres, mais une fine couche saturée d'oxygène les empêche de coller au fond. L'épaisseur d'un tel revêtement "antiadhésif" n'est que de quelques dizaines de micromètres - à peu près la même qu'un cheveu humain. En équilibrant la perméabilité de la membrane, les propriétés du photopolymère et la puissance du laser, l'ensemble du processus d'impression 3D peut être rendu remarquablement rapide.

Dans leurs expériences, les développeurs de la technologie ont atteint une vitesse de 500 millimètres par heure, ce qui est cent fois plus rapide que la vitesse d'impression utilisant la stéréolithographie laser conventionnelle. Et le produit imprimé sort de façon spectaculaire d'un bain rempli de polymère liquide.