Aldershof opracował nowatorską, dwukolorową metodę wolumetrycznego druku 3D

Przez ostatnie dwa lata zespół naukowców i badaczy z berlińskiego parku naukowo-technologicznego Aldershof opracowywał nowatorską, dwukolorową metodę wolumetrycznego druku 3D, która według nich jest udoskonalana w stosunku do obecnie dostępnych technologii druku 3D, takich jak stereolitografia.

Opracowywaniem nowego procesu drukowania wolumetrycznego, zwanego ksolografią, kieruje Dirk Radzinski, założyciel berlińskiej firmy xolo start- upu Aldershof, wraz z chemikiem IRIS Aldershof Stefanem Hechtem i fizykiem Martinem Regehly. Zdaniem twórców nowy proces rozwiązuje trzy „poważne ograniczenia” w tradycyjnym drukowaniu żywic; prędkość, jakość powierzchni i właściwości materiału.

„To początek druku wolumetrycznego” – powiedział Radziński. „Jak w przypadku każdej nowej technologii, opracowanie zajmie trochę czasu i zacznie się od rynków niszowych. Ale biorąc pod uwagę dzisiejsze tempo rozwoju i ograniczony czas, który spędziliśmy na opracowaniu tej technologii przy pomocy zaledwie kilku osób, naprawdę nie mogę się doczekać, co przyniesie przyszłość druku wolumetrycznego ”.

Wolumetryczny druk 3D

Wolumetryczny druk 3D jest uważany za kolejny krok naprzód od sekwencyjnych metod wytwarzania przyrostowego i polega na jednoczesnym drukowaniu ze wszystkich kierunków przestrzennych w celu wytworzenia całych obiektów w ciągu kilku sekund . Metoda ta istnieje już od jakiegoś czasu , chociaż w ostatnich latach nastąpił szereg postępów w tej technologii.

W 2017 roku naukowcy z kolekcji uniwersytetów w USA zademonstrowali podejście do wolumetrycznego druku 3D bez warstw , podczas gdy ostatnio wolumetryczny druk 3D został wykorzystany do budowy paneli słonecznych na bazie perowskitu . W innym miejscu współpraca między Uniwersyteckim Centrum Medycznym (UMC) Utrecht i École polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL) zaowocowała opracowaniem wolumetrycznego procesu biodruku 3D w celu stworzenia swobodnych struktur tkankowych .

Jak działa ksolografia?

Xolography to dwukolorowy wolumetryczny proces drukowania 3D, który podobnie jak w stereolitografii wykorzystuje światło do utwardzania fotożywicy. Jednak podczas gdy utwardzanie zachodzi wzdłuż całej ścieżki świetlnej, gdy światło jest rzucane do kadzi zawierającej żywicę podczas stereolitografii, proces ksolografii wymaga dwóch różnych długości fal światła, aby rozpocząć proces polimeryzacji. Wszędzie tam, gdzie światło niebieskie i czerwone przecinają się i jednocześnie spotykają w żywicy dwukolorowy fotoinicjator, następuje utwardzenie.

Naukowcy do tej pory zademonstrowali swoją metodę, z powodzeniem drukując w 3D piłkę, balerinę, statuetkę „myśliciela”, ławeczkę, a nawet formę dentystyczną.

Ksolografia a konwencjonalne metody druku 3D

Według Radzińskiego ksolografia ma trzy główne cechy wyróżniające ją spośród innych technologii druku 3D na żywicy, które wykorzystują światło do utwardzania fotopolimeru. Po pierwsze, proces ksolografii jest znacznie szybszy, ponieważ nie ma ruchu platformy roboczej, a polimeryzacja nie musi być zakończona przed utwardzeniem następnej części. 

Po drugie, powierzchnia części drukowanych metodą ksolografii jest wyjątkowo gładka, dzięki szybkości procesu przy zachowaniu wysokiej rozdzielczości druku. W artykule naukowców stwierdzono, że ksolografia może osiągnąć rozdzielczość 10-krotnie wyższą niż we wszystkich znanych wcześniej makroskopowych procesach druku wolumetrycznego, mając na celu drukowanie komponentów klasy optycznej bez konieczności polerowania – co jest obecnie niemożliwe przy istniejących technologiach. .

Trzecie główne wyróżnienie dotyczy materiałów drukarskich wykorzystywanych w procesie ksolografii, które, jak mówi Radziński, mają „wielki potencjał” do wykazywania właściwości pożądanych w produkcji. Xolography wykorzystuje żywice o dużej lepkości, co nie jest możliwe w przypadku stereolitografii, ponieważ żywica musi szybko przepływać między platformą roboczą a oknem drukowania. Bardziej lepkie żywice mają dłuższe łańcuchy cząsteczek, co umożliwiło naukowcom wytwarzanie twardszych i trwalszych obiektów.

„Jest też wiele innych zalet” – dodał Radziński. „Na przykład, możesz drukować obiekty w obiektach aż do całych maszyn, jeśli możesz swobodnie adresować woksele w tomie. W przypadku zwykłej drukarki żywicznej potrzebujesz konstrukcji wsporczej, która utrzyma przedmiot na miejscu. W druku wolumetrycznym żywica podtrzymuje przedmiot ”.

Potencjalne aplikacje

Ksolografia jest dobrze przystosowana do drukowania obiektów na małą skalę o wielkości do około 10 cm, a Radzinski zwraca uwagę na rozmiary modeli na rynku dentystycznym lub aparatów słuchowych jako potencjalnie „idealne” zastosowania tej metody. Przedmiotem zainteresowania naukowców jest również rynek optyczny z soczewkami swobodnymi, przewodnikami światła, a zwłaszcza konstrukcjami optyki, których nie można wyprodukować poprzez formowanie wtryskowe.

Obecnie zastosowania ksolografii są rzadkie na rynku lotniczym i motoryzacyjnym, ponieważ nie ma sensu drukować bardzo dużych obiektów w dużej ilości żywicy, mówi Radzinski, chociaż zdarzają się sporadyczne przypadki użycia mniejszych obiektów w sektorze motoryzacyjnym. Wszechstronność metody ksolografii oznacza, że ​​naukowcy mogą drukować zarówno twarde, jak i miękkie przedmioty, co może mieć znaczące konsekwencje dla przyszłej produkcji urządzeń optycznych, fluidalnych i biomedycznych.

„Na drugim końcu spektrum materiałów jest druk hydrożeli” – powiedział Radziński. „Ta technologia niesie wielkie nadzieje dla rusztowań biologicznego druku w inżynierii tkankowej i potencjalnie do drukowania narządów w bardziej odległej przyszłości”.

Dodaj komentarz