Команда инженеров EPFL разработала метод 3D-печати, который использует свет для создания объектов из непрозрачной смолы за считанные секунды. Их прорыв может иметь многообещающие применения в биомедицинской промышленности, например, для создания искусственных артерий.
Еще в 2017 году инженеры Лаборатории прикладных фотонных устройств EPFL (LAPD) в Инженерной школе разработали 3D-принтер, способный практически мгновенно изготавливать объекты. Теперь, пять лет спустя, команда усовершенствовала свою печатную машину и метод и теперь может производить объекты из непрозрачной смолы, что раньше было невозможно.
Крошечный Йода
3D-принтер EPFL — один из самых быстрых в мире. В то время как большинство 3D-принтеров работают путем нанесения материала слой за слоем в процессе, известном как аддитивное производство, в EPFL используется объемный метод. «Мы наливаем смолу в контейнер и раскручиваем ее», — говорит Кристоф Мозер, профессор LAPD.
«Затем мы освещаем контейнер под разными углами, заставляя смолу затвердевать везде, где накопленная в смоле энергия превышает заданный уровень. Это очень точный метод, и он может создавать объекты с тем же разрешением, что и существующие методы 3D-печати». Объемный метод инженеров можно использовать для объектов практически любой формы, и они решили проверить его, создав крошечного Йоду. Им потребовалось всего 20 секунд, чтобы сделать фигурку, по сравнению с примерно десятью минутами для обычного процесса аддитивного производства.
Использование света для затвердевания материалов
Лучи света способны затвердевать смолу, взаимодействуя со светочувствительным соединением, содержащимся в пластике. «Наш метод работает только в том случае, если свет проходит через смолу по прямой линии, не отклоняясь», — говорит Антуан Бонифас, постдоктор из полиции Лос-Анджелеса. «До сих пор мы всегда использовали прозрачную смолу, но мы хотели посмотреть, сможем ли мы печатать объекты из непрозрачной смолы, которая используется в биомедицинской промышленности».
Проблема с использованием непрозрачной смолы в объемных процессах заключается в том, что свет не распространяется плавно, что затрудняет накопление количества энергии, необходимого для затвердевания смолы. «С непрозрачной смолой мы сильно потеряли разрешение печатного объекта», — говорит Хорхе Мадрид-Вольф, доктор философии. студент LAPD. «Поэтому мы попытались найти решение, которое позволило бы нам изготавливать объекты из этой смолы, не теряя при этом преимуществ нашего 3D-принтера».
Корректировка компьютерных расчетов
Решение, которое нашли инженеры, оказалось довольно простым. Сначала они использовали видеокамеру для наблюдения за траекторией света через смолу, а затем разработали компьютерные расчеты для компенсации искажения светового луча. Они запрограммировали свой принтер на выполнение этих вычислений и коррекцию световых лучей во время работы принтера. Это гарантировало, что количество энергии, необходимое для затвердевания смолы, будет достигнуто в желаемых точках. Скорректировав компьютерные расчеты, инженеры смогли печатать объекты из непрозрачной смолы почти с той же точностью, что и из прозрачной смолы , — важный прорыв.
Метод LAPD можно использовать для 3D-печати биологических материалов , таких как искусственные артерии. В качестве следующего шага инженеры надеются получить возможность печатать сразу несколько материалов и увеличить разрешение своего принтера с одной десятой миллиметра до микрометра. Исследование инженеров опубликовано в журнале Advanced Science.
Теги: принтер
