211service.com
3D-printen versnellen
3D-printers kunnen objecten maken die onmogelijk of duur zijn om te maken met gieten, frezen en andere conventionele productieprocessen. Deze printers werken echter te langzaam om op grote schaal in fabrieken te worden gebruikt.
1. Een technicus giet viskeuze polymeerprecursoren in de printerput. Het venster aan de onderkant laat licht door van een onderliggende ultraviolet-lichtprojector en is zuurstofdoorlatend.
Dat komt omdat de huidige versie van de technologie objecten laag voor laag opbouwt. Het is in wezen steeds opnieuw 2D-printen, zegt chemisch ingenieur Joseph DeSimone, oprichter en CEO van Carbon 3D, een startup in Redwood City, Californië. Zijn bedrijf claimt een technologie te hebben die 25 tot 100 keer sneller is, afhankelijk van het object en het materiaal.
Dit verhaal maakte deel uit van ons nummer van juli 2015
- Zie de rest van het nummer
- Abonneren
DeSimone hoopt dat de printers van Carbon 3D zullen worden gebruikt om vliegtuig- of auto-onderdelen te maken die sterker en toch lichter zijn dan de huidige, waardoor het brandstofverbruik wordt verminderd. Hij wil het ook mogelijk maken om snel aangepaste schoenzolen te printen, aangepast aan de eigenaardigheden van individuele bogen, en printers in operatiekamers te plaatsen om stents te genereren die passen bij de slagaders van patiënten.
2-4. Frame voor frame projecteert het ultraviolette licht het ontwerp in het chemische bad. Een deel van het licht is zichtbaar als een violette gloed.
5-6. Terwijl de blootgestelde chemische voorlopers uitharden, trekt een mechanische arm het groeiende object uit het bad. Een dun laagje zuurstof op de bodem van het bad zorgt ervoor dat de uithardingspatronen niet blijven plakken.
7. Een technicus verwijdert het voltooide object, wat 17 minuten duurde om af te drukken. Het bedrijf zegt dat deze structuur in zeven minuten kan worden gemaakt als het proces niet wordt vertraagd voor foto's.
8. Dit is een vergroot model van de botstructuur. Een patroon als dit kan niet worden gemaakt met een mal, en het zou erg ingewikkeld zijn om het te maken door materiaal van een massief polymeerblok weg te frezen.
Een model van de Eiffeltoren gemaakt van hars.
9. Een patroon van stutten in deze 3D-geprinte cilinder van harde hars voegt extra sterkte toe zonder veel gewicht toe te voegen. Dit soort ontwerp kan volgens het bedrijf worden gebruikt om metalen steunstructuren in vliegtuigstoelen te vervangen.
10–11 De printers kunnen ook objecten bouwen van veerkrachtige, flexibele elastomeren, die zeer geschikt zouden kunnen zijn voor draagbare artikelen zoals schoenzolen en koptelefoons. Elastomeren zijn onverenigbaar met traditionele additive manufacturing, zegt DeSimone.
Het proces van Carbon 3D is een variatie op een methode genaamd stereolithografie, die geprojecteerde patronen van ultraviolet licht gebruikt om de vorming van vaste polymeren uit een plas hars te katalyseren. Stereolithografie is typisch een stop-en-startproces: het te printen object plakt aan de bodem van het vat waarin het zich bevindt en moet na elke lichtflits worden losgewrikt. Het herhalen van dit proces met elke laag is traag en laat het voltooide object mechanisch zwak achter waar elke laag met een andere verbindt.
In de versie van Carbon 3D zit de plas vloeibare hars in een vat met een raam aan de onderkant. Het venster is doorlatend als een contactlens, dus het laat niet alleen licht maar ook zuurstof door - wat de chemische reactie net genoeg remt om te voorkomen dat het polymeer op de bodem stolt. Daardoor kan Carbon 3D continu de ene laag op de andere printen, wat het proces veel sneller en de resulterende materialen sterker maakt, zegt DeSimone. Het lijkt op iets dat uit een plas groeit, zegt hij.
Andere onderzoekers hebben printsystemen gedemonstreerd die enkele van de technieken bevatten die worden gebruikt in de machines van Carbon 3D, en sommige van deze methoden kunnen functies printen met hogere resoluties dan het proces van het bedrijf. DeSimone, die Carbon 3D in 2013 oprichtte en met verlof is van de Universiteit van North Carolina om bij het bedrijf te werken, heeft $ 51 miljoen aan financiering om de printers en polymeermaterialen die de eerste producten zullen zijn, verder te ontwikkelen. In maart kwam het bedrijf uit de stealth-modus met een Wetenschap paper waarin de technologie wordt beschreven en een boeiende video van een klein blauw model van de Eiffeltoren dat snel uit een stroperig zwembadje tevoorschijn komt.
DeSimone zegt dat hoewel de meeste commerciële 3D-printsystemen zijn ontworpen door mechanische ingenieurs, zijn chemiefocus Carbon 3D onderscheidt. We willen materiaaleigenschappen bieden die nog niet eerder zijn gezien, zegt hij.