Impressora 3D invertida 25.03.2015

Para inventar algo realmente novo em uma tecnologia que existe há anos, muitas vezes você precisa olhar para ela do lado oposto. Muito provavelmente, para isso você terá que virar tudo de cabeça para baixo ou virar do avesso. Assim, os motores de combustão interna suplantaram os motores de combustão externa, embora os engenheiros do século retrasado previssem o futuro domínio dos motores a vapor.

Agora, os motores a vapor permaneceram apenas nas histórias fantásticas do gênero steampunk. É verdade que os motores a gasolina já têm todas as chances de permanecer apenas nas páginas da história, dando lugar aos elétricos. Existem muitos exemplos desse tipo, pegue os mesmos mouses de computador que evoluíram de mouses de bola com cauda de cabo para laser e sem fio. Agora, uma transformação tão radical pode afetar a tecnologia de impressão 3D, que recentemente se tornou amplamente disponível.

Existem várias tecnologias de impressão XNUMXD diferentes, cuja essência é a criação camada por camada de um objeto da forma desejada. Um dos métodos amplamente utilizados é a estereolitografia a laser. Como funciona? O produto é criado a partir de um fotopolímero líquido - uma substância especial que endurece sob a ação de um laser ultravioleta. O feixe de laser percorre o contorno da peça, as áreas iluminadas por ele se tornam sólidas e as áreas não expostas permanecem líquidas. O produto que está sendo criado é imerso camada por camada em um banho de polímero líquido. Quando o processo termina, a peça acabada é removida do banho, o polímero não reagido é removido e o processamento final é realizado. A tecnologia é bem desenvolvida e usada em todo o mundo. Mas ela tem uma desvantagem - a velocidade, que não excede alguns milímetros por hora. Afinal, você sempre quer obter o resultado final o mais rápido possível, e não esperar meio dia ou mais, quando finalmente será impresso lá.

O que há de tão lento na impressão 3D? Descobriu-se que a etapa mais lenta de todo o processo é a cura do polímero. E o ponto aqui não está no laser ou no próprio polímero, mas no oxigênio do ar. Moléculas desse gás se dissolvem na camada superior do polímero líquido e retardam seu endurecimento. A radiação laser cria moléculas ativas que começam a ligar as moléculas do material polimérico umas às outras, tornando-o sólido. O oxigênio, por outro lado, interfere ativamente nesse processo, fazendo com que o polímero endureça por muito mais tempo do que poderia.

Claro, você pode colocar uma impressora 3D em uma câmara selada, que conterá, digamos, nitrogênio em vez de oxigênio, mas isso arruinará completamente uma das principais vantagens da impressão XNUMXD - facilidade de uso. No entanto, os químicos, juntamente com os engenheiros, descobriram uma maneira de direcionar a atividade "prejudicial" das moléculas de oxigênio para um canal útil para a tecnologia e conseguiram aumentar a velocidade de impressão em cem vezes. Para isso, bastava virar tudo de cabeça para baixo.

Como evitar que o oxigênio atinja as moléculas de polímero ativo? Como a opção com uma câmara selada desaparece logo no início, outra permanece: e se a impressão for realizada não na superfície de um banho com fotopolímero líquido, mas em uma profundidade onde nem uma única molécula de oxigênio pode chegar da superfície? Por exemplo, faça uma banheira com fundo transparente e brilhe com um laser não de cima, mas de baixo. Então seria possível imprimir a peça, retirando-a gradualmente de baixo da camada de polímero líquido. A opção é boa, exceto por uma coisa - o polímero começará a endurecer no ponto de contato com o fundo transparente, e a peça que está sendo criada simplesmente grudará no banho. É aqui que reside todo o know-how da invenção. O desenvolvedor conseguiu garantir que a peça fabricada não "queime" na superfície do banho. E os ajudou nisso, curiosamente, o mesmo oxigênio "ruim".

O fundo do banho de polímero líquido foi feito de um material especial de Teflon, através do qual as moléculas de oxigênio podem penetrar quase livremente, mas ao mesmo tempo é transparente à radiação laser ultravioleta. O que acontece? As moléculas de oxigênio penetram nessa membrana e se dissolvem na camada líquida próxima ao fundo. Um feixe de laser que brilha através da membrana ativa as moléculas do fotopolímero e elas começam a se ligar umas às outras, mas uma fina camada saturada de oxigênio as impede de grudar no fundo. A espessura de tal revestimento "antiaderente" é de apenas algumas dezenas de micrômetros - aproximadamente o mesmo que um cabelo humano. Ao equilibrar a permeabilidade da membrana, as propriedades do fotopolímero e a potência do laser, todo o processo de impressão 3D pode ser feito de forma extremamente rápida.

Em seus experimentos, os desenvolvedores da tecnologia alcançaram uma velocidade de 500 milímetros por hora, que é cem vezes mais rápida que a velocidade de impressão usando estereolitografia a laser convencional. E o produto impresso emerge espetacularmente de um banho cheio de polímero líquido.