Перевернутый 3D-принтер

25.03.2015

Чтобы изобрести что-то действительно новое в технологии, существующей уже не один год, нередко нужно посмотреть на нее с противоположной стороны. Скорее всего для этого даже придется перевернуть все с ног на голову или вывернуть наизнанку. Так двигатели внутреннего сгорания вытеснили двигатели внешнего сгорания, хотя инженеры позапрошлого века пророчили будущее господство паровых машин.

Сейчас паровые двигатели остались разве что в фантастических повестях жанра "стимпанк". Правда, и бензиновые двигатели уже имеют все шансы остаться лишь на страницах истории, уступив место электрическим. Таких примеров множество, взять тех же компьютерных мышей, которые эволюционировали из шариковых с кабельным хвостом в лазерные и беспроводные. Теперь подобное кардинальное преображение может затронуть технологию 3D-печати, которая за последнее время стала массово доступной.

Есть несколько различных технологий трехмерной печати, суть которых заключается в послойном создании объекта нужной формы. Один из широко использующихся методов - это лазерная стереолитография. Как она работает? Изделие создается из жидкого фотополимера - специального вещества, которое затвердевает под действием ультрафиолетового лазера. Лазерный луч обегает контур детали, засвеченные им участки становятся твердыми, а незасвеченные остаются жидкими. Создаваемое изделие погружается слой за слоем в ванну из жидкого полимера. Когда процесс закончился, готовую деталь достают из ванны, удаляют непрореагировавший полимер и проводят заключительную обработку. Технология прекрасно отработана и применяется по всему миру. Но у нее есть один недостаток - скорость, которая не превышает нескольких миллиметров в час. Ведь всегда хочется получить готовый результат как можно быстрее, а не ждать полдня или дольше, когда же он там наконец напечатается.

Что же так тормозит 3D-печать? Оказалось, что самая медленная стадия во всем процессе - это отвердевание полимера. И дело тут не в лазере или самом полимере, а в кислороде воздуха. Молекулы этого газа растворяются в верхнем слое жидкого полимера и тормозят его отвердевание. Лазерное излучение создает активные молекулы, которые начинают связывать молекулы полимерного материала друг с другом так, что он становится твердым. Кислород же активно мешает этому процессу, в результате чего полимер твердеет намного дольше, чем мог бы.

Конечно, можно поместить 3D-принтер в герметичную камеру, в которой вместо кислорода будет, скажем, азот, но это на корню загубит одно из главных достоинств трехмерной печати - простоту использования. Однако химики вместе с инженерами придумали способ, как направить "вредную" деятельность молекул кислорода в полезное для технологии русло, и смогли увеличить скорость печати в сотню раз. Для этого как раз и понадобилось перевернуть все с ног на голову.

Как не допустить кислород к активным молекулам полимера? Поскольку вариант с герметичной камерой отпадает в самом начале, то остается другой: что, если проводить печать не на поверхности ванны с жидким фотополимером, а на глубине, куда с поверхности не доберется ни одна молекула кислорода? Например, сделать у ванны прозрачное дно и светить лазером не сверху, а снизу. Тогда можно было бы печатать деталь, постепенно вытаскивая ее из под слоя жидкого полимера. Вариант хороший, за исключением одного - полимер начнет отвердевать прямо в месте его контакта с прозрачным дном, и создаваемая деталь просто приклеится к ванне. Вот тут-то и заключается все ноу-хау изобретения. Разработчиком удалось сделать так, чтобы изготовляемая деталь не "пригорала" к поверхности ванны. И помог им в этом, как ни странно, тот самый "плохой" кислород.

Дно ванны для жидкого полимера изготовили из специального тефлонового материала, через который почти свободно могут проникать молекулы кислорода, но в то же время он прозрачен для ультрафиолетового излучения лазера. Что получается? Молекулы кислорода проникают сквозь такую мембрану и растворяются в придонном жидком слое. Лазерный луч, светящий сквозь мембрану, активирует молекулы фотополимера, и те начинают связываться друг с другом, но прилипнуть ко дну им мешает тонкий слой, насыщенный кислородом. Толщина такого "антипригарного" покрытия всего несколько десятков микрометров - примерно как человеческий волос. Найдя баланс между проницаемостью мембраны, свойствами фотополимера и мощностью лазера, можно сделать весь процесс 3D-печати необычайно быстрым.

В своих экспериментах разработчики технологии добились скорости в 500 миллиметров в час, что в сто раз превосходит скорость печати методом обычной лазерной стереолитографии. А напечатанное изделие эффектным образом возникает из ванны, наполненной жидким полимером.

<< Назад: 48-слойная 3D NAND-флэш 25.03.2015

>> Вперед: Высокопроизводительные коммутаторы Allied Telesis x930 24.03.2015

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Новый взляд на магнитное поле Земли 31.10.2025

Магнитное поле Земли долгое время считалось относительно стабильной структурой с предсказуемой полярностью. Однако последние исследования японских ученых показывают, что электрическая организация магнитосферы гораздо сложнее и динамичнее, чем предполагалось ранее. Команда исследователей из Киотского, Нагояского и Кюсюского университетов обнаружила, что заряженные области магнитосферы обладают противоположной полярностью по сравнению с традиционными представлениями. Так, утренняя сторона магнитного щита имеет отрицательный заряд, тогда как вечерняя - положительный, вопреки прежним теориям. Юсуке Эбихара из Киотского университета отмечает, что "электрическая сила и распределение зарядов являются следствием, а не причиной движения плазмы". Исследователи пришли к этим выводам с помощью масштабного магнитогидродинамического моделирования, имитирующего взаимодействие солнечного ветра с геомагнитным полем Земли. Моделирование позволило в деталях проследить, как потоки плазмы формируют э ...>>

Влияние белка PF4 на старение крови 31.10.2025

С возрастом наш организм претерпевает множество изменений, в том числе на уровне крови и иммунной системы. Недавние исследования показали, что ключевым фактором этих изменений может быть белок PF4, или platelet factor 4, который играет важную роль в регуляции стволовых клеток костного мозга. Американские ученые из Университета Иллинойса в Чикаго обнаружили, что с возрастом уровень PF4 значительно снижается. Это ослабление контроля над кроветворными стволовыми клетками приводит к нарушению их работы и повышает вероятность развития воспалительных процессов, онкологических заболеваний крови и сердечно-сосудистых проблем. В молодом организме PF4 выполняет функцию "регулятора роста": он контролирует распределение и деление кроветворных стволовых клеток, не позволяя им чрезмерно размножаться. С возрастом эта система контроля ослабевает, клетки начинают делиться чаще, накапливают генетические мутации и постепенно теряют способность создавать полноценные лимфоциты, что ослабляет иммуните ...>>

Музыка юности остается с нами навсегда 30.10.2025

Музыка сопровождает человека всю жизнь, но некоторые мелодии и песни оставляют особенно глубокий след в памяти. Ученые давно замечали, что композиции из подросткового возраста вызывают сильные эмоции даже спустя десятилетия, и недавно международная команда исследователей под руководством Университета Ювяскюля (Финляндия) подтвердила этот эффект научно. В исследовании приняли участие около 2000 человек из 84 стран. Ученые выявили явление, которое они назвали "пиком воспоминаний": эмоциональная привязка к музыке достигает максимума примерно в 17 лет. Именно песни этого периода чаще всего остаются значимыми и вызывают яркие эмоции долгие годы спустя. Интересно, что у мужчин и женщин наблюдаются разные временные рамки этого пика. У мужчин он приходится примерно на 16 лет, тогда как у женщин - на 19. Исследователи объясняют это различие особенностями формирования музыкальной идентичности: юноши чаще ищут самостоятельность и бунт, а девушки связывают музыку с личными отношениями и пере ...>>

Сплав Cr-Mo-Si с уникальными свойствами 30.10.2025

Разработка материалов, способных работать в экстремальных условиях, остается одной из ключевых задач современной инженерии. Особенно это важно для авиации и энергетики, где повышение термостойкости компонентов напрямую влияет на эффективность и надежность оборудования. Международная группа исследователей объявила о создании нового металлического сплава, обладающего уникальным сочетанием свойств: высокой термостойкостью, устойчивостью к коррозии и сохранением пластичности даже при комнатной температуре. Новый сплав содержит хром, молибден и всего 3 атомных процента кремния. Именно кремний способствует формированию плотного слоя оксида хрома на поверхности металла, который действует как невидимый барьер против кислорода и азота при высоких температурах. В отличие от предыдущих сплавов, этот защитный слой формируется без хрупких силицидов, которые обычно снижали пластичность и делали материалы склонными к трещинам. По словам профессора Мартина Гайльмайера из Института технологий Кар ...>>

Открыт лед, замерзающий при комнатной температуре 29.10.2025

Изучение воды продолжает приносить удивительные открытия: несмотря на то, что эта жидкость кажется хорошо известной, она способна проявлять необычные свойства в экстремальных условиях. Международная команда ученых недавно обнаружила новый вид льда, который формируется при комнатной температуре, если вода подвергается сильному давлению. Это открытие не только расширяет наши знания о воде, но и помогает лучше понять процессы в недрах планет и их спутников. Исследователи из Корейского института стандартов и науки совместно с европейскими коллегами, работающими на рентгеновском лазере на свободных электронах (XFEL) в Германии, провели серию экспериментов с водой в динамической ячейке с алмазными наковальнями. Давление изменялось от 0,001 гигапаскаля до 120 гигапаскалей в секунду - в миллионы раз выше атмосферного, при этом температура поддерживалась около 25 °C, близкой к комнатной. В течение сотен циклов ученые наблюдали, как вода многократно замерзает и тает, фиксируя каждый этап с ис ...>>

Случайная новость из Архива Кишечная палочка передает опыт через поколения 02.12.2023 Исследование, проведенное учеными из Техасского университета и Университета Делавера, раскрывает удивительную способность бактерии Escherichia coli сохранять и передавать опыт последующим поколениям. Эти микроорганизмы, хотя и не обладают мозгом, способны запоминать информацию об окружающей среде, а затем использовать ее в свою пользу. Бактерии Escherichia coli продемонстрировали способность сохранять и передавать опыт через поколения, что открывает новые перспективы в понимании адаптации и эволюции микроорганизмов. Это открытие может иметь важные последствия для понимания биологических механизмов и их роли в экосистеме. Молекулярный биолог Сувик Бхаттачария из Юты, ведущий исследователь, подчеркнул, что бактерии, часто сталкиваясь с определенной средой, могут сохранять информацию об этом внешнем воздействии. Ученые провели тесты с E. coli, изучая их способность объединяться в массу для миграции при определенных условиях. В ходе исследования было выявлено, что концентрация внутриклеточного железа становится ключевым фактором, влияющим на скорость и эффективность миграции бактерий. Низкий уровень железа сопровождался более быстрым и эффективным движением, в то время как более высокий уровень способствовал стационарному образу жизни. Удивительно, что такое поведение передавалось нескольким поколениям дочерних клеток, созданных в результате деления материнских. Хотя эта "железная" память терялась к седьмому поколению, ученые смогли восстановить ее путем искусственного стимулирования. Анализируя более 10 тысяч "роев" бактерий, исследование подчеркивает феномен передачи опыта в мире микроорганизмов. Научные открытия в этой области могут оказать влияние на понимание эволюции и адаптации микробов к изменяющимся условиям окружающей среды.

Смотрите полный Архив новостей науки и техники, новинок электроники

www.diagram.com.ua
2000-2025