颠倒的 3D 打印机。免费技术图书馆新闻

翻转3D打印机

25.03.2015

要在一项已经存在多年的技术中发明真正新的东西，您通常需要从相反的角度看待它。最有可能的是，为此，您甚至必须将所有东西都颠倒过来或将其翻过来。因此，内燃机取代了外燃机，尽管前一个世纪的工程师预测了蒸汽机的未来主导地位。

现在蒸汽机只保留在蒸汽朋克流派的奇幻故事中。诚然，汽油发动机已经有机会只留在历史的页面上，让位于电动发动机。有很多这样的例子，以相同的计算机鼠标为例，它们已经从带有电缆尾的球形鼠标演变为激光和无线鼠标。现在，这种激进的转变可能会影响最近广泛使用的 3D 打印技术。

有几种不同的XNUMXD打印技术，其本质是逐层创建所需形状的对象。广泛使用的方法之一是激光立体光刻。它是如何工作的？该产品由液态光聚合物制成 - 一种在紫外线激光作用下硬化的特殊物质。激光束沿着零件的轮廓运行，被它照亮的区域变成固体，而未曝光的区域仍然是液体。正在制造的产品被一层一层地浸入液体聚合物浴中。当该过程结束时，从浴中取出成品部件，去除未反应的聚合物并进行最终加工。该技术在世界范围内得到了很好的开发和使用。但她有一个缺点——速度，每小时不超过几毫米。毕竟，您总是希望尽快获得完成的结果，而不是等待半天或更长时间，直到最终打印出来。

3D打印有什么这么慢？事实证明，整个过程中最慢的阶段是聚合物的固化。这里的重点不在于激光或聚合物本身，而在于空气中的氧气。这种气体的分子溶解在液体聚合物的上层并减缓其硬化。激光辐射产生活性分子，这些活性分子开始将聚合物材料的分子相互结合，使其变成固体。另一方面，氧气会积极干扰这一过程，因此聚合物的硬化时间比它可能的要长得多。

当然，您可以将 3D 打印机放在密封的腔室中，其中将包含例如氮气而不是氧气，但这将完全破坏 XNUMXD 打印的主要优点之一——易用性。然而，化学家和工程师们想出了一种方法，将氧分子的“有害”活性引导到对技术有用的通道中，并且能够将打印速度提高一百倍。为此，只需将一切颠倒过来。

如何防止氧气到达活性聚合物分子？由于密封腔的选项一开始就消失了，另一个选项仍然存在：如果打印不是在带有液体光敏聚合物的浴槽的表面上进行，而是在一个氧分子无法从表面到达的深度上进行怎么办？例如，制作一个底部透明的浴缸，用激光而不是从上面，而是从下面照射。然后可以打印零件，逐渐将其从液态聚合物层下方拉出。选择是好的，除了一件事 - 聚合物将在与透明底部接触的点开始硬化，并且正在创建的部件将简单地粘在浴缸上。这就是本发明的所有专有技术所在。开发人员设法确保制造的部件不会“燃烧”到镀液表面。并帮助他们解决了这个问题，奇怪的是，同样的“坏”氧气。

液态聚合物浴的底部由一种特殊的聚四氟乙烯材料制成，氧分子几乎可以自由穿透，但同时对紫外激光辐射是透明的。怎么了？氧分子穿透这种膜并溶解在接近底部的液体层中。穿过薄膜的激光束激活光敏聚合物分子，它们开始相互结合，但氧气饱和的薄层防止它们粘在底部。这种“不粘”涂层的厚度只有几十微米——大约相当于一根人的头发。通过平衡膜的渗透性、光敏聚合物的特性和激光的功率，整个 3D 打印过程可以非常快速地进行。

在他们的实验中，该技术的开发人员已经实现了每小时 500 毫米的速度，这比使用传统激光立体光刻技术的打印速度快了一百倍。印刷品从装满液态聚合物的浴池中显眼地浮现出来。

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