دانشمندان تکنیک جدیدی را برای بهبود کیفیت چاپ سه بعدی توسعه دادند

27 جولای 2023 -توسط TransSpread

افزایش تعداد وکسل های چاپ شده تولید شده از همان DMD. aیک تولید افزودنی حجمی اسکنرمعمولی b ساخت افزودنی های حلزونی حجمی توموگرافی. میله های مقیاس: 10 میلی متر. اعتبار: Advanced Manufacturing (2023). DOI

در دهه گذشته، فناوری های چاپ سه بعدی پیشرفت ها و تغییرات بی سابقه ای را تجربه کرده اند. آنها اکنون ساخت سریع اجسام سه بعدی را با هزینه بسیار رقابتی امکان پذیر می کنند. این پرینترهای سه بعدی را به ویژه برای زمینه های مختلف از جمله صنعت هوافضا یا دستگاه های پزشکی جذاب و مناسب می کند.

تا همین اواخر، الگوی پرینت سه بعدی مبتنی بر نور یا ساخت افزودنی (AM) عمدتاً بر استفاده از رزین فوتوپلیمر مایع متکی بود. یک پرتو نور ماوراء بنفش (UV) رزین را یک لایه در یک زمان پخته و آماده می کند، در حالی که یک پلت فرم جسم ساخته شده را پس از سخت شدن هر لایه جدید به سمت پایین حرکت می دهد.

نور ماوراء بنفش یا شطرنجی اسکن می شود تا رزین نقطه به نقطه جامد شود یا بر روی رزین چشمک می زند که کل لایه را به یکباره خشک می کند. با توجه به ماهیت لایه به لایه فرآیند چاپ، این تکنیک های AM مبتنی بر نور دارای محدودیت های هندسی عمده و محدودیت های توان عملیاتی هستند.

در مقاله جدیدی که در Light: Advanced Manufacturing منتشر شده است، تیمی از دانشمندان به رهبری پروفسور کریستف موزر از Ecole Polytechnique Fédérale de Lozanne تکنیک جدیدی را برای بهبود کیفیت اقلام چاپ سه بعدی بدون بزرگنمایی الگوهای پیش بینی شده توسعه داده اند.

در چند سال گذشته شاهد ظهور چندین فناوری تولید افزودنی کاملاً حجمی (VAM) بوده‌ایم که از رویکرد لایه‌به‌لایه دور شده‌اند.

فوتوپلیمریزاسیون دو فوتونی نشان دهنده پیشرفته ترین چاپ حجمی با نور است. ساخت اجسام ریز مقیاس با وضوح جانبی 100 نانومتر و وضوح محوری 300 نانومتر را امکان پذیر می کند. با این حال، این فرآیند کند است، با سرعت چاپ تنها 1-20 میلی متر مکعب در ساعت و به منابع لیزر فمتوثانیه گران قیمت نیاز دارد.

در نهایت، وضوح نوری چاپگر اندازه وکسل چاپ شده قابل دستیابی را دیکته می کند. در DLP و VAM توموگرافی، وضوح نوری در بهترین حالت توسط ویژگی های مدولاتور مورد استفاده برای الگوبرداری از نور، یعنی DMD تعیین می شود.

تیم تحقیقاتی از یک تراشه DLP7000 از شرکت تگزاس اینسترومنتز استفاده کرد که بر روی سطح خود دارای آینه های کوچک Nx × Ny = 768 × 1024 است که در یک آرایه مستطیلی قرار گرفته اند که قادر به نمایش تصاویر 8 بیتی هستند. تصویر DMD در سیستم نوری تیم با ضریب 1.66 بزرگ‌نمایی می‌شود. الگوی حاصل روی ویال 1.74 × 2.33 سانتی متر با وضوح 23 میکرومتر است.

تنها راه برای افزایش اندازه اشیاء چاپ شده بدون به خطر انداختن وضوح، جابجایی DMD برای ویال یا بالعکس است. این تیم پیشنهاد کرد که نمونه را در اطراف پرتو نور با یک مسیر مارپیچ حرکت دهند. آنها نشان دادند که اندازه قابل چاپ جانبی را می توان بدون به خطر انداختن وضوح با خارج کردن محور نوری مربوط به محور چرخش vat photoresin دو برابر کرد.

این دو ترفند با هم تعداد بلوک‌های ساختمانی داخل ویال را تا 12 برابر افزایش می‌دهند. وکسل‌های چاپی موجود برای چاپ اجسام بزرگ‌تر تا 3 سانتی‌متر × 3 سانتی‌متر × 5 سانتی‌متر در چند دقیقه استفاده می‌شوند.

تیم تحقیقاتی مراحل چرخشی و ترجمه خطی را برای تنظیم ویال شیشه ای حاوی مقاومت نوری در یک حرکت مارپیچ ترکیب کرده است. محققان خاطرنشان کردند که تمام رزین ها به طور همزمان مانند VAMاسکنرمعمولی روشن نمی شوند. در VHAM، کل رزین تنها پس از یک چرخه کامل به طور کامل برانگیخته می شود.

بین الگوها نواحی همپوشانی وجود دارد به طوری که پس از چرخش قسمت های پایین و بالایی آن بر هم منطبق می شوند. اندازه همپوشانی با تنظیم سرعت چرخش ویال به حرکت عمودی مرحله ترجمه تنظیم می شود، که برای اطمینان از تداوم اشیاء چاپ شده ضروری است.

این تیم اثبات مفهومی از یک تکنیک جدید مبتنی بر نور برای چاپ حجمی اجسام در مقیاس چند سانتی متری ارائه کرده است. این دستگاه بر روی VAMاسکنرساخته می شود تا تعداد وکسل های قابل چاپ را به میزان قابل توجهی افزایش دهد و در عین حال دستگاه تعدیل کننده نور یکسان را برای نمایش نگه می دارد و وضوح چاپ را به خطر نمی اندازد. این امر با خارج از مرکز تعدیل کننده نور و ترجمه مداوم رزین به صورت عمودی در امتداد پرتو نور طرح‌دار به دست آمد.

این تغییرات ساده را می توان به راحتی بر روی پرینترهای اسکنرموجود انجام داد و امکانات جدیدی را برای ساخت اشیایی با وضوح بالا و سرعت بالا باز می کند که اندازه آنها تا 3 سانتی متر × 3 سانتی متر × 6 سانتی متر است. بنابراین VAMاسکنرحلزونی ممکن است برای کاربردها در زمینه‌هایی که اشیاء در مقیاس سانتی‌متر باید به‌صورت جداگانه ساخته شوند، مانند صنعت دندان‌پزشکی، جذاب باشد، اگرچه وضوح باید برای برآورده کردن نیازهای فعلی صنعت بهبود یابد.