Инновационная смола для 3D-печати: добавляйте и удаляйте

Традиционная 3D-печать, известная как аддитивное производство, обычно работает по принципу "все или ничего". В методе цифровой проекции света (DLP) шаблон проецируется на жидкую смолу, которая затвердевает, создавая объект слой за слоем. Однако, если напечатанная деталь содержит ошибки, исправить их после печати практически невозможно, и она чаще всего отправляется в утиль.

Исследователи из Национальной лаборатории имени Лоуренса Ливермора (LLNL) разработали революционную гибридную систему аддитивного и субтрактивного производства. Ключевым элементом этой системы является уникальная смола, обладающая двойной длиной волны. Под воздействием синего света смола затвердевает, а под ультрафиолетовым – распадается обратно в жидкое состояние. Эта инновационная технология позволяет не только создавать высокоточные детали, но и исправлять ошибки уже напечатанных объектов, а также использовать их повторно, что способствует апсайклингу и рециклингу.

"Представьте, что компании нужен прототип детали для определенного оборудования, но точные параметры еще не определены", – говорит Бенджамин Аламеда, научный сотрудник LLNL и автор исследования. "С нашей смолой они могли бы напечатать прототип. Если обнаруживаются дефекты или требуются изменения, нет необходимости печатать деталь заново. Достаточно облучить ее светом другой длины волны, чтобы внести необходимые коррективы. Это не только удобно, но и значительно снижает количество отходов".

В качестве демонстрации исследователи напечатали устройство для работы с жидкостями, имеющее два раздельных канала. Используя способность смолы к деградации, они смогли соединить эти каналы после печати.

"Мы сделали это намеренно, чтобы продемонстрировать возможность", – поясняет Йоханна Шварц, также научный сотрудник LLNL. "В случае реальной ошибки, когда каналы не соединились, раньше пришлось бы печатать всю деталь заново. Теперь это простое исправление, и деталь снова готова к использованию".

Разработанная смола, запатентованная LLNL, открывает новые возможности для всех систем световой печати. Она позволяет создавать детали с повышенной детализацией и разрешением, сглаживать поверхности, исправлять ошибки и временно добавлять или удалять вспомогательные структуры. Технология, основанная на уникальных возможностях LLNL, может быть лицензирована компаниями, занимающимися передовым производством, и интегрирована в существующие 3D-принтеры, позволяя экономить время и материалы благодаря возможности редактирования и переработки напечатанных изделий.

Секрет успеха этой двойной функции кроется в оптимизированной химии смолы. Синий свет вызывает сшивание молекул смолы, что приводит к ее затвердеванию – стандартный процесс в 3D-печати. Ультрафиолетовый свет, в свою очередь, инициирует образование кислоты в смоле. Молекулы смолы специально разработаны так, чтобы реагировать на кислоту, разрушая сшитые связи и возвращаясь в жидкое состояние.

Достижение баланса между стабильностью и способностью к деградации было непростой задачей. Команда добилась того, чтобы смола быстро затвердевала и деградировала, но при этом не распадалась спонтанно. Было отмечено, что стандартные покрытия могут защитить детали от разложения под воздействием естественного ультрафиолетового излучения солнечного света.

В будущем исследователи планируют усовершенствовать эту гибридную технологию, интегрировав системы измерения и обратной связи для автоматического исправления ошибок печати в режиме реального времени. "Как только мы обнаружим ошибки печати, мы сможем адаптировать проекционные изображения для их исправления "на лету", что позволит создать действительно адаптивное производство", – делится планами Лилиана Донпин Террел-Перес, ведущий автор проекта. "Помимо DLP-печати, мы планируем перенести этот метод на объемное аддитивное и субтрактивное производство, где 3D-деталь создается из вращающейся колбы смолы за один этап".