دانشمندان دانشگاه هریوت وات ادینبورگ روش جدیدی را توسعه داده اند که از نور مادون قرمز (NIR) برای چاپ سه بعدی ساختارهای پیچیده با مواد و رنگ های متعدد استفاده می کند. دکتر Jose Marques-Hueso این تحقیق را از موسسه حسگرها، سیگنال‌ها و سیستم‌های Heriot-Watt رهبری کرد.
این تیم فرآیند پرینت سه بعدی استریولیتوگرافی (SLA) را برای دستیابی به ادغام چند ماده بیشتر اصلاح کردند.
چاپ سه بعدی SLA سنتی یک لیزر آبی یا UV را روی یک رزین مایع اعمال می کند که به طور انتخابی لایه به لایه جامد می شود. با این حال، این فرآیند امکان اختلاط مواد را ندارد. از طریق این فرآیند جدید، دانشمندان از یک منبع نور NIR با قابلیت چاپ سه بعدی در مخزن رزین در اعماق بیشتر استفاده کردند. دانشمندان ادعا می کنند که این فرآیند جدید پتانسیل قابل توجهی را برای قطعات تخصصی چاپ سه بعدی، به ویژه در بخش سلامت و الکترونیک ارائه می دهد.
این اولین فرآیند پرینت سه بعدی نیست که امکان چاپ سه بعدی چند ماده ای را فراهم می کند. در واقع، FDM مدت‌هاست که قابلیت‌هایی را برای چاپ سه بعدی با مواد متعدد ارائه می‌دهد. با این حال، دانشمندان ادعا می کنند که روش جدید آنها امکان تولید قطعات چند ماده ای با وضوح بسیار بالاتر را می دهد.
به گفته دکتر آدیلت ژاکیف، محقق دانشگاه هریوت وات که نزدیک به سه سال روی این پروژه کار کرده است، می گوید: «فناوری FDM قبلاً قادر به ترکیب مواد بود، اما FDM وضوح پایینی دارد، در حالی که فناوری های مبتنی بر نور مانند استریولیتوگرافی، می‌تواند نمونه‌های صاف با وضوح کمتر از پنج میکرومتر را ارائه دهد.
این پروژه با عنوان «استریولیتوگرافی چند ماده ای با اتصال متقاطع از طریق تحریک لومینسانس»، 280000 پوند بودجه از شورای تحقیقات مهندسی و علوم فیزیکی (EPSRC) دریافت کرده است. یافته های این تیم در مجله Applied Materials Today نیز منتشر شده است.
فرآیند جدید پرینت سه بعدی NIR
قابلیت جدید این روش، استفاده از پنجره های نامرئی NIR از مواد برای چاپ سه بعدی در عمق بیش از 5 سانتی متر است که افزایش قابل توجهی نسبت به محدودیت عمق 0.1 میلی متری فناوری SLA است. دکتر مارکز-هوسو ادعا می کند که این روش “قبلا هرگز انجام نشده است.”
یکی از مزایای کلیدی این فرآیند جدید این است که کاربران می‌توانند یک قسمت را در یک ماده چاپ کنند و بعداً ماده دوم را اضافه کنند. این ماده دوم به سطوح بالایی و بیرونی قسمت پرینت سه بعدی محدود نمی شود و می تواند در هر موقعیتی در فضای سه بعدی جامد شود. این به این دلیل است که لیزر NIR می تواند از لایه بیرونی قسمت اولیه نفوذ کند.
به عنوان مثال، می‌توانیم یک مکعب توخالی را چاپ کنیم که از همه طرف مهر و موم شده است. سپس می‌توانیم بعداً برگردیم و یک مدل با یک ماده کاملاً متفاوت را در داخل این جعبه چاپ کنیم، زیرا لیزر NIR از مواد قبلی به‌گونه‌ای نفوذ می‌کند که گویی نامرئی است، زیرا در واقع، در NIR کاملاً شفاف است.
به گفته محققان، یکی از اجزای کلیدی این پروژه، توسعه رزین های مهندسی شده حاوی نانوذرات بوده است که دارای تبدیل نوری به سمت بالا هستند. این نانوذرات فوتون‌های NIR را جذب می‌کنند و آنها را به فوتون‌های آبی تبدیل می‌کنند که رزین را جامد می‌کنند. این پدیده “غیر خطی” است، به این معنی که می تواند فوتون های آبی را بیشتر در کانون لیزر و نه در مسیر عبور از آن به دست آورد. این به NIR اجازه می دهد تا به اعماق مواد نفوذ کند که گویی شفاف است و فقط مواد داخلی را جامد می کند.
در نهایت، این فرآیند جدید به چندین ماده با ویژگی‌های متفاوت اجازه می‌دهد تا در یک نمونه به صورت سه بعدی چاپ شوند. به عنوان مثال، الاستومرهای انعطاف پذیر و اکریلیک سفت و سخت را می توان با هم پرینت سه بعدی کرد. دانشمندان به کاربردهای مختلفی از مزایای این روش اشاره می کنند، از جمله پرینت سه بعدی در داخل حفره ها، تولید کفش، ترمیم اشیاء شکسته و چاپ زیستی در محل از طریق پوست.
این فرآیند به دلیل مقرون به صرفه بودن نیز قابل توجه است. مزیت واضح این تکنیک این است که ماشین کامل را می توان با کمتر از 400 پوند ساخت. برخی از فناوری‌های پیشرفته دیگر که از لیزر استفاده می‌کنند، مانند پلیمریزاسیون دو فوتونی (2PP)، به لیزرهای فوق سریع گران قیمت در حد ده‌ها هزار پوند نیاز دارند. دکتر Marques-Hueso افزود: اکنون که نتایجی برای حمایت از ادعاهای خود داریم، امیدواریم همکاری‌مان را با کسب و کارها آغاز کنیم و این فناوری را بیشتر توسعه دهیم.
پرینت سه بعدی رزین چند متریال
رویکرد Heriot-Watt اولین فرآیندی نیست که پرینت سه بعدی رزین چند ماده ای را امکان پذیر می کند. سال گذشته، سازنده پرینترهای سه بعدی BCN3D مستقر در بارسلونا، از فناوری چاپ سه بعدی جدید Viscous Lithography Manufacturing (VLM) پرده برداری کرد. این فناوری که طی سه سال توسعه یافته است، قابلیت های پرینت سه بعدی رزین دو ماده را ارائه می دهد و به کاربران امکان می دهد دو رزین مختلف را در یک ساختار واحد چاپ کنند. رزین چند ماده ای BCN3D از موتور نور UV و صفحه نمایش LCD استفاده می کند. برخلاف اکثر چاپگرهای سه بعدی LCD، این سیستم از یک سیستم مکانیکی ویژه استفاده می کند که رزین را روی یک فیلم لایه بندی می کند. این فیلم به محل ساخت که در آن رزین پخت می شود، منتقل می شود و از فیلم به قسمت روی صفحه ساخت منتقل می شود. از آنجایی که رزین های VLM را می توان روی دو فیلم مختلف لمینت و پخت کرد، ترکیب دو رزین برای قطعات چند ماده ای و ساختارهای پشتیبانی محلول امکان پذیر است.
سال گذشته، دکتر آدریان بویر، بنیانگذار RepRap، روش جدیدی را برای پرینت سه بعدی چند ماده ای SLA پیشنهاد کرد. روش Bowyer شامل چاپ سه بعدی اولین لایه در رزین A است که سپس دور ریخته می شود. سپس رزین B مجدداً به پرینت سه بعدی لایه اول اضافه می شود. بعد، لایه دوم با رزین B به صورت سه بعدی پرینت می شود. این رزین سپس دور ریخته می شود و لایه سه بعدی دوباره در رزین A چاپ می شود. با تکرار این فرآیند، بویر ادعا می کند که هر لایه می تواند با دو ماده مختلف به صورت سه بعدی پرینت شود.
منبع: 3dprintingindustry