3D-принтер з найбільшою продуктивністю - це майбутнє виробництва

Швидке виготовлення на замовлення може скласти складські деталі та дорогі форми у минуле

Дослідники Північно-Західного університету розробили новий, футуристичний 3D-принтер, який настільки великий і такий швидкий, що здатний надрукувати об’єкт розміром з дорослу людину всього за пару годин.

Нова технологія, що отримала назву HARP (швидкий друк у великих областях), забезпечує рекордну пропускну здатність, що дозволяє виробляти продукцію на вимогу. За останні 30 років більшість зусиль у 3D-друці були спрямовані на розширення меж застарілих технологій. Часто переслідування більших деталей відбувається за рахунок швидкості, пропускної здатності та роздільної здатності. У технології HARP цей компроміс непотрібний, що дозволяє йому конкурувати як з роздільною здатністю, так і з пропускною здатністю традиційних технологій виробництва.

Прототип технології HARP має висоту 13 футів із друкованим ліжком площею 2,5 квадратних фута і може надрукувати приблизно пів ярду за годину - рекордна пропускна здатність для поля 3D-друку. Це означає, що він може друкувати окремі, великі деталі або багато різних дрібних деталей одночасно.

"3D-друк є концептуально потужним, але практично обмежений", - сказав Чад А. Міркін з Північно-Заходу, який керував розробкою продукту. "Якби ми могли швидко друкувати без обмежень на матеріали та розміри, ми могли б здійснити революцію у виробництві. HARP готовий це зробити".

Міркін прогнозує, що HARP буде комерційно доступний у найближчі 18 місяців.

Робота буде опублікована 18 жовтня в журналі Science. Міркін - професор хімії Джорджа Б. Ратмана в Північно-Західному коледжі мистецтв і наук Вайнберга та директор Міжнародного інституту нанотехнологій. Дейві Уолкер і Джеймс Гедрік, обидва дослідники з лабораторії Міркіна, були співавторами статті.

Зберігаючи прохолоду

HARP використовує нову патентовану версію стереолітографії, вид тривимірного друку, який перетворює рідкий пластик у тверді предмети. HARP друкує вертикально і використовує проектоване ультрафіолетове світло для затвердіння рідких смол у затверділому пластику. Цей процес дозволяє друкувати шматки твердих, еластичних або навіть керамічних. Ці постійно друковані деталі мають механічну міцність, на відміну від ламінованих конструкцій, загальних для інших технологій 3D-друку. Їх можна використовувати як деталі для автомобілів, літаків, стоматології, ортопедії, моди тощо.

Основним обмежуючим фактором для сучасних 3D-принтерів є тепло. Кожен 3D-принтер на основі смоли генерує багато тепла при роботі на швидких швидкостях - іноді перевищує 180 градусів Цельсія. Це не тільки призводить до небезпечно високих температур поверхні, але також може спричинити тріщини та деформацію друкованих деталей. Чим швидший він, тим більше тепла виробляє принтер. І якщо він великий і швидкий, спека неймовірно інтенсивна.

Ця проблема переконала більшість компаній з 3D-друку залишатися невеликими. "Коли ці принтери працюють на високих швидкостях, від полімеризації смоли виробляється велика кількість тепла", - сказав Уокер. "Вони не мають можливості його розвіяти".

'Рідкий тефлон'

Північно-західна технологія оминає цю проблему з антипригарною рідиною, яка поводиться як рідкий тефлон. HARP проектує світло через вікно для затвердіння смоли поверх вертикально рухається пластини. Рідкий тефлон тече над вікном для відведення тепла, а потім циркулює його через блок охолодження.

"Наша технологія виробляє тепло, як і інші", - сказав Міркін. "Але у нас є інтерфейс, який відводить тепло".

"Інтерфейс також є антипригарним, що утримує смолу від прилипання до самого принтера", - додав Хедрік. "Це збільшує швидкість принтера в сто разів, тому що деталі не повинні бути повторно відрізані від нижньої частини друкованої камери."

До побачення, склади

Сучасні методи виробництва можуть бути громіздкими процесами. Вони часто вимагають заповнення заздалегідь розроблених форм, які є дорогими, статичними та займають цінний простір для зберігання. Використовуючи форми, виробники заздалегідь друкують деталі - часто здогадуючись, скільки їм може знадобитися, - і зберігають їх на гігантських складах.

Незважаючи на те, що 3D-друк переходить від прототипу до виробництва, сучасні розміри та швидкість 3D-принтерів обмежили їх виробництвом дрібних партій. HARP - це перший принтер, який може обробляти великі партії та великі деталі на додаток до дрібних.

"Коли ви можете друкувати швидко і широко, це дійсно може змінити наш спосіб мислення щодо виробництва", - сказав Міркін. "За допомогою HARP ви можете створювати все, що завгодно, без форм і без складу, повного деталей. Ви можете друкувати все, що можете собі уявити, на вимогу".

Найбільший у своєму класі

Хоча інші технології друку сповільнили або зменшили свою роздільну здатність, щоб збільшити масштаби, HARP не йде на такі поступки.

"Очевидно, що існує багато типів 3D-принтерів - ви бачите принтери, що роблять будівлі, мости та кузови автомобілів, і навпаки, бачите принтери, які можуть виготовляти дрібні деталі з дуже високою роздільною здатністю", - сказав Уокер. "Ми раді тому, що це найбільший і найпропускніший принтер у своєму класі".

Принтери в масштабі HARP часто виготовляють деталі, які необхідно відшліфувати або обробити до остаточної геометрії. Це додає великих витрат на робочу силу виробничому процесу. HARP входить до класу 3D-принтерів, що використовує світло-візерунок з високою роздільною здатністю для отримання готових до використання деталей без значної подальшої обробки. Результат - комерційно вигідний шлях до виробництва товарів народного споживання.

Нано стає великим

Міркін винайшов найменший у світі принтер у 1999 році. Ця технологія, яку називають нанолітографією з використанням малярської ручки, використовує крихітну ручку для моделювання нанорозмірних елементів. Потім він переніс це на безліч крихітних ручок, які направляють світло через кожну ручку, щоб локально генерувати функції з фоточутливих матеріалів. Спеціальний антипригарний інтерфейс, що використовується в HARP, виник під час роботи над розробкою цієї технології в наномасштабний 3D-принтер.

"З об'ємної точки зору ми охопили понад 18 порядків", - сказав Міркін.