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Stampante 3D capovolta

25.03.2015

Per inventare qualcosa di veramente nuovo in una tecnologia che esiste da anni, spesso è necessario guardarla dal lato opposto. Molto probabilmente, per questo dovrai anche capovolgere tutto o capovolgerlo. Pertanto, i motori a combustione interna hanno soppiantato i motori a combustione esterna, sebbene gli ingegneri del secolo precedente avessero previsto il futuro dominio dei motori a vapore.

Ora i motori a vapore sono rimasti solo nelle fantastiche storie del genere steampunk. È vero, i motori a benzina hanno già tutte le possibilità di rimanere solo sulle pagine della storia, lasciando il posto a quelli elettrici. Ci sono molti esempi simili, prendi gli stessi mouse per computer che si sono evoluti da mouse a sfera con una coda di cavo a quelli laser e wireless. Ora, una trasformazione così radicale potrebbe influenzare la tecnologia di stampa 3D, che è diventata recentemente ampiamente disponibile.

Esistono diverse tecnologie di stampa XNUMXD, la cui essenza è la creazione strato per strato di un oggetto della forma desiderata. Uno dei metodi ampiamente utilizzati è la stereolitografia laser. Come funziona? Il prodotto è creato da un fotopolimero liquido, una sostanza speciale che si indurisce sotto l'azione di un laser ultravioletto. Il raggio laser scorre lungo il contorno del pezzo, le aree illuminate da esso diventano solide e le aree non esposte rimangono liquide. Il prodotto che si sta creando viene immerso strato dopo strato in un bagno di polimero liquido. Al termine del processo si rimuove dal bagno il pezzo finito, si rimuove il polimero non reagito e si procede alla lavorazione finale. La tecnologia è ben sviluppata e utilizzata in tutto il mondo. Ma ha uno svantaggio: la velocità, che non supera alcuni millimetri all'ora. Dopotutto, vuoi sempre ottenere il risultato finale il più rapidamente possibile e non aspettare mezza giornata o più, quando finalmente verrà stampato lì.

Cosa c'è di così lento nella stampa 3D? Si è scoperto che la fase più lenta dell'intero processo è l'indurimento del polimero. E il punto qui non è nel laser o nel polimero stesso, ma nell'ossigeno dell'aria. Le molecole di questo gas si dissolvono nello strato superiore del polimero liquido e ne rallentano l'indurimento. La radiazione laser crea molecole attive che iniziano a legare tra loro le molecole del materiale polimerico in modo che diventi solido. L'ossigeno, d'altra parte, interferisce attivamente con questo processo, per cui il polimero si indurisce molto più a lungo di quanto potrebbe.

Certo, puoi mettere una stampante 3D in una camera sigillata, che conterrà, diciamo, azoto invece dell'ossigeno, ma questo rovinerà completamente uno dei principali vantaggi della stampa XNUMXD: la facilità d'uso. Tuttavia, i chimici, insieme agli ingegneri, hanno escogitato un modo per dirigere l'attività "nociva" delle molecole di ossigeno in un canale utile per la tecnologia e sono stati in grado di aumentare la velocità di stampa di cento volte. Per questo, era solo necessario capovolgere tutto.

Come evitare che l'ossigeno raggiunga le molecole polimeriche attive? Poiché l'opzione con una camera sigillata scompare all'inizio, ne rimane un'altra: e se la stampa non viene eseguita sulla superficie di un bagno con fotopolimero liquido, ma a una profondità in cui nessuna molecola di ossigeno può raggiungere dalla superficie? Ad esempio, crea una vasca da bagno con un fondo trasparente e brilla con un laser non dall'alto, ma dal basso. Quindi sarebbe possibile stampare la parte, estraendola gradualmente da sotto lo strato di polimero liquido. L'opzione è buona, tranne per una cosa: il polimero inizierà a indurirsi proprio nel punto di contatto con il fondo trasparente e la parte creata si attaccherà semplicemente al bagno. È qui che risiede tutto il know-how dell'invenzione. Lo sviluppatore è riuscito a assicurarsi che la parte fabbricata non "bruciasse" sulla superficie del bagno. E li ha aiutati in questo, stranamente, lo stesso ossigeno "cattivo".

Il fondo del bagno di polimero liquido è stato realizzato con uno speciale materiale di teflon, attraverso il quale le molecole di ossigeno possono penetrare quasi liberamente, ma allo stesso tempo è trasparente alla radiazione laser ultravioletta. Che succede? Le molecole di ossigeno penetrano in tale membrana e si dissolvono nello strato liquido quasi inferiore. Un raggio laser che brilla attraverso la membrana attiva le molecole del fotopolimero e iniziano a legarsi tra loro, ma un sottile strato saturo di ossigeno impedisce loro di attaccarsi al fondo. Lo spessore di un tale rivestimento "antiaderente" è di poche decine di micrometri, più o meno lo stesso di un capello umano. Bilanciando la permeabilità della membrana, le proprietà del fotopolimero e la potenza del laser, l'intero processo di stampa 3D può essere reso straordinariamente veloce.

Nei loro esperimenti, gli sviluppatori della tecnologia hanno raggiunto una velocità di 500 millimetri all'ora, che è cento volte più veloce della velocità di stampa utilizzando la stereolitografia laser convenzionale. E il prodotto stampato emerge in modo spettacolare da un bagno riempito di polimero liquido.

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