دانشمندان دانشگاه هریوت وات تکنیک جدیدی برای چاپ سه بعدی توسعه دادند

دانشمندان دانشگاه Heriot-Watt در ادینبورگ، یک تکنیک پیشرفته برای پرینت سه بعدی توسعه داده اند که می تواند تأثیر قابل توجهی بر صنعت تولید داشته باشد. این گروه به رهبری دکتر Jose Marques-Hueso از موسسه حسگرها، سیگنال ها و سیستم ها، روش جدیدی برای چاپ سه بعدی ایجاد کرده اند که از نور مادون قرمز نزدیک (NIR) برای ایجاد ساختارهای پیچیده حاوی مواد و رنگ های متعدد استفاده می کند.

دانشمندان با اصلاح استریولیتوگرافی به این هدف دست یافتند تا مرزهای ادغام چند ماده را پیش ببرند. یک چاپگر سه بعدی معمولی معمولاً لیزر آبی یا UV را روی یک رزین مایع اعمال می کند که سپس به طور انتخابی برای ساخت یک شی مورد نظر جامد می شود. با این حال، ثابت شده است که محدودیت های اختلاط مواد یک نقطه ضعف است.

از طریق این پروژه، دانشمندان از یک منبع نور NIR استفاده می کنند که می تواند در اعماق بسیار بیشتر در مخزن رزین چاپ کند - بدون نیاز به چاپ لایه ای. این یافته ها فرصت های فوق العاده ای را برای صنعت در اختیار دارند - به ویژه آن هایی که به قطعات تخصصی مانند در بخش های بهداشت و برق متکی هستند.

«نوآوری روش جدید ما، که قبلا هرگز انجام نشده است، استفاده از پنجره های نامرئی NIR از مواد برای چاپ در عمق بیش از 5 سانتی متر است، در حالی که فناوری معمولی دارای محدودیت عمق حدود 0.1 میلی متر است. این بدان معناست که شما می توانید با یک ماده چاپ کنید و بعداً ماده دوم را اضافه کنید و آن را در هر موقعیتی از فضای سه بعدی و نه تنها در بالای سطوح بیرونی جامد کنید. به عنوان مثال، می توانیم یک مکعب توخالی را چاپ کنیم که بیشتر از همه طرف مهر و موم شده است. سپس می توانیم بعداً برگردیم و جسمی را که از مواد کاملاً متفاوتی ساخته شده است، در داخل این جعبه چاپ کنیم، زیرا لیزر NIR از مواد قبلی به گونه ای نفوذ می کند که گویی نامرئی است، زیرا در واقع، در NIR کاملاً شفاف است. "

فناوری مدل سازی رسوب ذوب شده (FDM) قبلاً قادر به مخلوط کردن مواد بود، اما FDM وضوح پایینی دارد که در آن لایه ها قابل مشاهده هستند، در حالی که فناوری های مبتنی بر نور مانند استریولیتوگرافی می توانند نمونه های صاف با وضوح کمتر از پنج میکرومتر را ارائه دهند. دکتر آدیلت ژاکیف، دکتری. محققی در دانشگاه هریوت وات که نزدیک به سه سال روی این پروژه کار کرده است.

به گفته دانشگاه هریوت واتیکی از اجزای کلیدی این پروژه، توسعه رزین های مهندسی شده است که حاوی نانوذراتی است که پدیده تبدیل نوری را نشان می دهد. این نانوذرات فوتون های NIR را جذب کرده و به فوتون های آبی تبدیل می کنند که رزین را جامد می کنند. این اتفاق "غیر خطی" است - به این معنی که می تواند فوتون های آبی را بیشتر در کانون لیزر به دست آورد و نه در مسیر عبور از آن. به همین دلیل، NIR می تواند به اعماق مواد نفوذ کند که گویی شفاف است و فقط مواد درون آن را جامد کند.

روش جدید چاپ سه بعدی اجازه می دهد تا چندین ماده با خواص متفاوت در یک نمونه چاپ شوند - به عنوان مثال، الاستومرهای انعطاف پذیر و اکریلیک سفت، که برای بسیاری از مشاغل مانند تولید کفش مفید هستند. این تکنیک تعداد بی شماری از امکانات جدید از جمله پرینت سه بعدی اجسام داخل حفره ها، بازسازی اشیاء شکسته و حتی چاپ زیستی درجا از طریق پوست را باز می کند.

دکتر Marques-Hueso گفت: «در همان پروژه تحقیقاتی، ما قبلاً رزینی ساخته بودیم که می توان آن را به طور انتخابی با مس روکش کرد. با ترکیب هر دو فناوری، اکنون می توانیم با دو رزین مختلف پرینت سه بعدی انجام دهیم و با استفاده از یک حمام محلول آبکاری ساده، تنها یکی از آنها را به طور انتخابی در مس بپوشانیم. به این ترتیب، ما می توانیم مدارهای مجتمع را به صورت سه بعدی ایجاد کنیم که برای صنعت الکترونیک بسیار مفید است.

علیرغم اینکه این فناوری یک نگاه اجمالی هیجان انگیز به آینده ارائه می دهد، هزینه ها به طرز شگفت انگیزی پایین است. به گفته دکتر Marques-Hueso، "یک مزیت واضح این تکنیک این است که ماشین کامل را می توان با کمتر از 400 پوند ساخت. برخی از فناوری های پیشرفته دیگر که از لیزر استفاده می کنند، مانند پلیمریزاسیون دو فوتونی (2PP)، به لیزرهای فوق سریع گران قیمت در حد ده ها هزار پوند نیاز دارند، اما این مورد ما نیست زیرا مواد تخصصی ما امکان استفاده از لیزرهای ارزان قیمت را می دهند. که ما نتایجی برای حمایت از ادعاهای خود داریم، امیدواریم با کسب و کارها شریک شویم و این فناوری را بیشتر توسعه دهیم."

پروژه با عنوان "استریولیتوگرافی چند ماده ای با اتصال متقابل از طریق تحریک لومینسانس\'، 280000 پوند بودجه از شورای تحقیقات مهندسی و علوم فیزیکی (EPSRC) دریافت کرده است. یافته های آن بوده است منتشر شده در Applied Materials Today.