Представлена технология 3D-печати неоднородных по составу объектов

На проходящем в Сан-Диего международном инженерном конгрессе ASME 2013 группа исследователей из инженерной школы Витерби Южно-Калифорнийского университета представила метод глубокой оптимизации 3D-печати объектов, состоящих из нескольких материалов. 

Различные технологии объёмной печати получили стремительное развитие в последние годы. Они прошли долгий путь от создания примитивных пластиковых фигурок до высокоточного изготовления прочных металлических и керамических деталей сложной формы. 

Сегодня 3D-печать представляет огромный интерес не только в моделировании и мелкосерийном производстве. С ней связывают новый виток развития медицинской и аэрокосмической промышленности. Основным сдерживающим фактором остаются уже не технические трудности, а длительное время изготовления большинства деталей и, как следствие, высокая себестоимость.

Предложенный группой исследователей из Витерби способ открывает новые возможности и значительно снижает производственные затраты стереолитографии, а весь процесс теперь занимает от нескольких минут до пары часов. Раньше на изготовление гетерогенных по составу объектов требовалось более суток.

Образцы из двух фотоотвердевающих полимеров в разной пропорции
(фото: USC Viterbi).

Ведущий автор исследования адъюнкт-профессор Йон Чен так анонсирует работу своей группы:

«Контролируемое распределение нескольких базовых материалов в производимых компонентах значительно улучшает параметры конструкции. Эта возможность открывает захватывающие новые перспективы, которые ранее были невозможны».

В качестве простого примера группа Чена продемонстрировала пинцет, выполненный по усовершенствованной методики стереолитографии. Он был напечатан целиком в один проход из двух различных материалов.

Компьютерная модель пинцета, показывающая распределение двух разных полимерных материалов для придания более высокой твёрдости или гибкости отдельным элементам (изображение: USC Viterbi).

Его область захвата и дистальная часть сделаны из эластичного полимера, в то время как упоры изготовлены из другого — более твёрдого. Такое сочетание обеспечивает удобство регулирования усилия сжатия и снижает риска повреждения миниатюрных объектов при их захвате пинцетом.

В прошлом году группа Чена уже совершила революцию в 3D-печати, предложив метод ускоренного изготовления однородных по составу деталей. Теперь этот процесс, называемый проекцией маски изображения на основе стереолитографии (MIP-SL), получил дальнейшее развитие.

В изначальном варианте стереолитографии цифровая трёхмерная модель объекта разделяется на множество плоскостей. Каждый слой превращается в двумерное изображение маски. Затем маски изображения по очереди проецируются на поверхность смолы, затвердевающей под действием ультрафиолетового света. Так слой за слоем по чертежу автоматически создаётся нужная деталь однородного состава.

Сочетание двух или более материалов встречалось в стереолитографии крайне редко. Процесс печати неоднородных объектов разделялся на этапы. Каждый фрагмент будущей детали изготавливался отдельно, а затем они объединялись за счёт связующих элементов.

Группа Чена усовершенствовала технологию, разработав двунаправленный дизайн 3D-принтера. Теперь по мере печати одна фотоотвердевающая композиция успевает переместиться до застывания между растущими слоями другой. 

Пока работа находится этапе действующего прототипа, в котором многое приходится подбирать вручную. Дальнейшая работа группы Чена связана с автоматизацией процесса распределения различных материалов в соответствии с указанными пользователем требуемыми физическими свойствами печатаемого объекта.