Impresora 3D al revés 25.03.2015

Para inventar algo realmente nuevo en una tecnología que ha existido durante años, a menudo es necesario mirarlo desde el lado opuesto. Lo más probable es que para esto incluso tengas que darle la vuelta a todo o darle la vuelta. Así, los motores de combustión interna suplantaron a los motores de combustión externa, aunque los ingenieros del siglo anterior predijeron el dominio futuro de las máquinas de vapor.

Ahora las máquinas de vapor se han quedado solo en las historias fantásticas del género steampunk. Es cierto que los motores de gasolina ya tienen todas las posibilidades de permanecer solo en las páginas de la historia, dando paso a los eléctricos. Hay muchos ejemplos de este tipo, tome los mismos ratones de computadora que han evolucionado de ratones de bola con una cola de cable a láser e inalámbricos. Ahora, una transformación tan radical puede afectar a la tecnología de impresión 3D, que recientemente se ha vuelto ampliamente disponible.

Existen varias tecnologías de impresión XNUMXD diferentes, cuya esencia es la creación capa por capa de un objeto de la forma deseada. Uno de los métodos más utilizados es la estereolitografía láser. ¿Como funciona? El producto se crea a partir de un fotopolímero líquido, una sustancia especial que se endurece bajo la acción de un láser ultravioleta. El rayo láser recorre el contorno de la pieza, las áreas iluminadas por él se vuelven sólidas y las áreas no expuestas permanecen líquidas. El producto que se crea se sumerge capa por capa en un baño de polímero líquido. Cuando termina el proceso, la pieza terminada se retira del baño, se elimina el polímero sin reaccionar y se lleva a cabo el procesamiento final. La tecnología está bien desarrollada y se utiliza en todo el mundo. Pero tiene un inconveniente: la velocidad, que no supera los pocos milímetros por hora. Después de todo, siempre desea obtener el resultado final lo más rápido posible, y no esperar medio día o más, cuando finalmente se imprimirá allí.

¿Qué tiene de lenta la impresión 3D? Resultó que la etapa más lenta de todo el proceso es el curado del polímero. Y el punto aquí no está en el láser o el polímero en sí, sino en el oxígeno del aire. Las moléculas de este gas se disuelven en la capa superior del polímero líquido y retardan su endurecimiento. La radiación láser crea moléculas activas que comienzan a unir las moléculas del material polimérico entre sí para que se solidifique. El oxígeno, por otro lado, interfiere activamente con este proceso, como resultado de lo cual el polímero se endurece mucho más de lo que podría.

Por supuesto, puede colocar una impresora 3D en una cámara sellada, que contendrá, digamos, nitrógeno en lugar de oxígeno, pero esto arruinará por completo una de las principales ventajas de la impresión XNUMXD: la facilidad de uso. Sin embargo, los químicos, junto con los ingenieros, idearon una forma de dirigir la actividad "dañina" de las moléculas de oxígeno hacia un canal útil para la tecnología, y pudieron aumentar la velocidad de impresión cien veces. Para esto, solo era necesario poner todo patas arriba.

¿Cómo evitar que el oxígeno llegue a las moléculas de polímero activo? Dado que la opción con una cámara sellada desaparece desde el principio, queda otra: ¿y si la impresión no se lleva a cabo en la superficie de un baño con fotopolímero líquido, sino a una profundidad donde ni una sola molécula de oxígeno puede llegar desde la superficie? Por ejemplo, haga una bañera con un fondo transparente y brille con un láser no desde arriba, sino desde abajo. Entonces sería posible imprimir la pieza, sacándola gradualmente de debajo de la capa de polímero líquido. La opción es buena, excepto por una cosa: el polímero comenzará a endurecerse justo en el punto de contacto con el fondo transparente, y la pieza que se crea simplemente se adherirá al baño. Aquí es donde reside todo el saber hacer de la invención. El desarrollador logró asegurarse de que la pieza fabricada no se "queme" en la superficie del baño. Y les ayudó en esto, por extraño que parezca, el mismo oxígeno "malo".

El fondo del baño de polímero líquido estaba hecho de un material especial de teflón, a través del cual las moléculas de oxígeno pueden penetrar casi libremente, pero al mismo tiempo es transparente a la radiación láser ultravioleta. ¿Lo que sucede? Las moléculas de oxígeno penetran en dicha membrana y se disuelven en la capa líquida cercana al fondo. Un rayo láser que brilla a través de la membrana activa las moléculas de fotopolímero y comienzan a unirse entre sí, pero una fina capa saturada de oxígeno evita que se adhieran al fondo. El grosor de un revestimiento "antiadherente" de este tipo es de solo unas pocas decenas de micrómetros, aproximadamente lo mismo que un cabello humano. Al equilibrar la permeabilidad de la membrana, las propiedades del fotopolímero y la potencia del láser, todo el proceso de impresión 3D puede hacerse notablemente rápido.

En sus experimentos, los desarrolladores de la tecnología han logrado una velocidad de 500 milímetros por hora, que es cien veces más rápida que la velocidad de impresión con estereolitografía láser convencional. Y el producto impreso emerge espectacularmente de un baño lleno de polímero líquido.