Ljushastigheten har kommit till 3D-utskrift. Northwestern Universitys ingenjörer har utvecklat en ny metod som använder ljus för att förbättra 3D-utskriftshastighet och precision samtidigt som i kombination med en robot med hög precision, ger frihet att röra sig, rotera eller vidga varje lager när strukturen byggs.

De flesta konventionella 3D-utskriftsprocesser är beroende av att kopiera en digital designmodell som skärs i lager med lagren tryckta och monteras uppåt som en tårta. Northwestern-metoden introducerar möjligheten att manipulera den ursprungliga designen lager för lager och vrida utskriftsriktningen utan att återskapa modellen. Denna "on-the-fly"-funktion möjliggör utskrift av mer komplicerade strukturer och förbättrar avsevärt tillverkningsflexibiliteten.

"3D-utskriftsprocessen är inte längre ett sätt att bara göra en kopia av den designade modellen, "sa Cheng Sun, docent i maskinteknik vid Northwestern McCormick School of Engineering. "Nu har vi en dynamisk process som använder ljus för att montera alla lager men med en hög grad av frihet att flytta varje lager längs vägen."

Sun ledde forskningen, som ligger i skärningspunkten mellan två av hans huvudsakliga fokusområden:nanotillverkning och optik. Studien publicerades idag (3 februari) av tidskriften Avancerade material .

I tidningen, forskarna visar flera tillämpningar, inklusive 3-D-utskrift av en anpassad vaskulär stent och utskrift av en mjuk pneumatisk gripare gjord av två olika material, en hård och en mjuk. En dubbelspiral och ett litet Eiffeltorn är två andra tryckta exempel i studien.

Den nordvästra processen använder en robotarm och en flytande fotopolymer som aktiveras av ljus. Sofistikerade 3D-strukturer dras ut från ett bad av flytande harts av en högprecisionsrobot med förbättrad geometrisk komplexitet, effektivitet och kvalitet jämfört med den traditionella utskriftsprocessen. Armen används för att ändra utskriftsriktningen dynamiskt.

"Vi använder ljus för att göra tillverkningen, "Sun sa. "Ljus på den flytande polymeren får den att tvärbinda, eller polymerisera, omvandlar vätskan till en fast substans. Detta bidrar till hastigheten och precisionen i vår 3-D-utskriftsprocess – två stora utmaningar som konventionell 3-D-utskrift står inför."

Den kontinuerliga utskriftsprocessen kan skriva ut 4, 000 lager på cirka två minuter.

"Det här är en mycket snabb process, och det finns inget avbrott mellan lagren, ", sa Sun. "Vi hoppas att tillverkningsindustrin kommer att finna fördelar i det. Den allmänna tryckmetoden är kompatibel med ett brett utbud av material."

Med blicken mot framtiden, Sun sa att denna utskriftsprocess kunde appliceras på andra additiv såväl som traditionella subtraktiva tillverkningsprocesser, ger en bro mot en verkligt hybridprocess.

Titeln på uppsatsen är "Konform geometri och multimaterial additiv tillverkning genom friformstransformation av byggnadsskikt."