Påskynda 3D-utskrifter

3D-skrivare kan göra föremål som är omöjliga eller dyra att tillverka med formning, fräsning och andra konventionella tillverkningsprocesser. Dessa skrivare fungerar dock för långsamt för att kunna användas i stor utsträckning i fabriker.

1. En tekniker häller viskösa polymerprekursorer i skrivarbrunnen. Fönstret längst ner släpper in ljus från en underliggande UV-projektor och är genomsläpplig för syre.

Det beror på att dagens version av tekniken bygger upp objekt ett lager i taget. Det är i princip 2D-utskrift om och om igen, säger kemiingenjören Joseph DeSimone, grundare och VD för Carbon 3D, en startup i Redwood City, Kalifornien. Hans företag säger sig ha en teknik som är 25 till 100 gånger snabbare, beroende på föremål och material.

Den här historien var en del av vårt julinummer 2015

• Se resten av frågan
• Prenumerera

DeSimone hoppas att Carbon 3Ds skrivare kommer att användas för att tillverka flygplans- eller bildelar som är starkare och ändå lättare än de som används idag, vilket hjälper till att minska bränsleförbrukningen. Han vill också göra det möjligt att snabbt skriva ut skräddarsydda skosulor, anpassade till individuella bågar, och placera skrivare i operationssalar för att skapa stentar som är anpassade till patientens artärer.

2-4. Ruta för ruta projicerar det ultravioletta ljuset designen in i kemikaliebadet. En del av ljuset syns som ett violett sken.

5-6. När de exponerade kemiska prekursorerna hårdnar drar en mekanisk arm det växande föremålet ut ur badet. Ett tunt lager syre i botten av badet gör att härdningsmönstren inte fastnar.

7. En tekniker tar bort det färdiga objektet, vilket tog 17 minuter att skriva ut. Företaget säger att denna struktur kan göras på sju minuter när processen inte saktas ner för fotografier.

8. Detta är en förstorad modell av benstrukturen. Ett mönster som detta kan inte göras med en form, och det skulle vara mycket involverat att göra genom att fräsa bort material från ett fast polymerblock.

En modell av Eiffeltornet som görs av hartset.

9. Ett mönster av stag inuti denna 3-D-tryckta cylinder av hårt harts ger extra styrka utan att lägga mycket vikt. Denna typ av design kan användas för att ersätta metallstödstrukturer i flygplansstolar, enligt företaget.

10–11 Skrivarna kan också bygga föremål av studsiga, flexibla elastomerer, som kan vara väl lämpade för bärbara föremål som skosulor och hörlurar. Elastomerer är oförenliga med traditionell additiv tillverkning, säger DeSimone.

Carbon 3Ds process är en variant av en metod som kallas stereolitografi, som använder projicerade mönster av ultraviolett ljus för att katalysera bildningen av fasta polymerer från en pool av harts. Stereolitografi är vanligtvis en stopp-och-start-process - objektet som skrivs ut fastnar på botten av vilket kärl det än befinner sig i och måste bändas av efter varje ljusblixt. Att upprepa denna process med varje lager är långsam och lämnar det färdiga objektet mekaniskt svagt där varje lager ansluter till ett annat.

I Carbon 3Ds version sitter poolen av flytande harts i ett kärl med ett fönster i botten. Fönstret är genomsläppligt som en kontaktlins, så det släpper in inte bara ljus utan också syre – vilket hämmar den kemiska reaktionen precis tillräckligt för att förhindra att polymeren stelnar på botten. Det gör att Carbon 3D kontinuerligt kan skriva ut ett lager ovanpå nästa, vilket gör processen mycket snabbare och de resulterande materialen starkare, säger DeSimone. Det ser ut som att något växer ur en pöl, säger han.

Andra forskare har visat utskriftssystem som innehåller några av de tekniker som används i Carbon 3Ds maskiner, och några av dessa metoder kan skriva ut funktioner med högre upplösning än företagets process. DeSimone, som grundade Carbon 3D 2013 och är tjänstledig från University of North Carolina för att arbeta på företaget, har 51 miljoner dollar i finansiering för att vidareutveckla de skrivare och polymermaterial som kommer att bli dess första produkter. I mars kom företaget ur smygläge med en Vetenskap papper som beskriver dess teknologi och en fängslande video av en liten blå modell av Eiffeltornet som snabbt dyker upp ur en trögflytande liten pool.

DeSimone säger att även om de flesta kommersiella 3D-utskriftssystem har designats av maskiningenjörer, skiljer hans kemifokus Carbon 3D åt. Vi vill erbjuda materialegenskaper som inte har setts tidigare, säger han.

Dölj