Быстрая печать большой площади
Быстрая печать большой площади (HARP) — это метод стереолитографии (SLA), который обеспечивает непрерывную высокопроизводительную печать больших объектов на высоких скоростях ( рис. 1 ). [ 1 ] Этот метод был представлен в 2019 году исследовательской группой Миркина в Северо-Западном университете для устранения недостатков, связанных с традиционными производственными процессами SLA. Поскольку реакции полимеризации , участвующие в SLA, являются сильно экзотермическими процессами , производство объектов с высокой производительностью связано с высокими температурами, которые могут привести к структурным дефектам. HARP решает эту проблему, используя границу скольжения твердого тела и жидкости ( рис. 2) . [ 1 ] ), который охлаждает смолу , отводя тепло из системы. Это позволяет быстро изготавливать большие конструкции без температурных дефектов, присущих другим процессам SLA.
Дизайн и преимущества
[ редактировать ]Аддитивное производство , или 3D-печать , позволило быстро создавать прототипы сложных структур, недоступных с помощью традиционных производственных процессов, и нашло конкретное применение в тканевой инженерии и производстве высокопрочных материалов. [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] SLA является одним из таких подходов, который обычно использует ультрафиолетовый свет для отверждения фотоактивной смолы на вертикально движущейся пластине. [ 7 ] Стереолитография традиционно реализуется путем печати последовательных 2D-слоев между вертикально движущейся пластиной и дном ванны для создания трехмерного (3D) объекта. Этот процесс занимает много времени, поскольку каждый слой необходимо механически отделить от дна ванны со смолой, прежде чем можно будет напечатать следующий слой. В последних достижениях используется кислородная «мертвая зона» между дном ванны и полимеризуемым объектом для достижения непрерывного производства поверхности раздела жидкостей (CLIP). [ 8 ] [ 9 ] Поскольку объект полимеризации больше не контактирует со дном ванны со смолой, механическое расщепление не требуется, что делает CLIP непрерывным стереолитографическим процессом. CLIP используется Carbon 3D для производства деталей примерно в 100 раз быстрее, чем традиционные методы SLA. Однако при таких скоростях печати тепло, выделяемое в результате экзотермических реакций полимеризации, может привести к деформации печатного объекта. [ 1 ] [ 9 ] [ 10 ]
HARP использует циркулирующий слой фторированного масла под смолой для отвода тепла на границе между маслом и смолой, охлаждая систему ( рис. 2). [ 1 ] ). Фторированное масло циркулирует со скоростью, обеспечивающей образование границы скольжения твердого тела и жидкости и, следовательно, низкую адгезию между печатным объектом и прозрачной ванной. Граница скольжения обеспечивает однородность топологии и температуры по всему интерфейсу и обеспечивает непрерывную печать, но со значительно более высокой производительностью, чем CLIP. Рассеяние тепла является следствием прямого контакта между фторированным маслом и горячей полимеризующейся смолой, поскольку тепло эффективно передается от смолы к маслу. Затем горячее масло выливают из реакционной бани, охлаждают, фильтруют и затем снова вводят в систему. Таким образом достигается контроль над температурой системы. Даже печать небольших структур с помощью процесса SLA с высокой производительностью без охлаждения приводит к температурам, при которых происходит деформация желаемой структуры ( рис. 3А). [ 1 ] ). Напротив, когда HARP используется с охлаждением, наблюдается заметное снижение температуры без снижения качества детали ( рис. 3C). [ 1 ] ). HARP также совместим с традиционными стереолитографическими смолами; это было продемонстрировано на примере полиуретанакрилата, бутадиенового каучука и на основе карбида кремния керамики . На момент написания HARP напечатала самую большую на сегодняшний день конструкцию на основе 3D-печати SLA (0,30 x 0,30 x 1,2 метра) примерно за три часа ( рис. 1) . [ 1 ] ).
Профессор Чад Миркин , доктор Джеймс Хедрик и доктор Дэвид Уокер основали Azul3D (ранее CDJ Technologies) с целью коммерциализации платформы HARP. [ нужна ссылка ]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с д и ж г Уокер, Дэвид А.; Хедрик, Джеймс Л.; Миркин, Чад А. (18 октября 2019 г.). «Быстрая, крупнообъемная, термоуправляемая 3D-печать с использованием мобильного жидкостного интерфейса» . Наука . 366 (6463): 360–364. Бибкод : 2019Sci...366..360W . дои : 10.1126/science.aax1562 . ISSN 0036-8075 . ПМЦ 6933944 . ПМИД 31624211 .
- ^ Фам, Д.Т. (2001). Быстрое производство: технологии и применение быстрого прототипирования и быстрой оснастки . Димов, СС Лондон: Springer London. ISBN 978-1-4471-0703-3 . OCLC 853258754 .
- ^ Ваези, Мохаммед; Зейтц, Герман; Ян, Шуфэн (25 ноября 2012 г.). «Обзор технологий 3D-микроаддитивного производства». Международный журнал передовых производственных технологий . 67 (5–8): 1721–1754. дои : 10.1007/s00170-012-4605-2 . ISSN 0268-3768 . S2CID 14563218 .
- ^ Вонг, Кауфуи В.; Эрнандес, Альдо (2012). «Обзор аддитивного производства» . ISRN Машиностроение . 2012 : 1–10. дои : 10.5402/2012/208760 . ISSN 2090-5130 .
- ^ Колози, Кристина; Шин, Су Рён; Манохаран, Виджаян; Масса, Соланж; Константини, Марко; Барбетта, Андреа; Докмечи, Мехмет Ремзи; Дентини, Мариэлла; Хадемхосейни, Али (26 ноября 2015 г.). «Микрофлюидная биопечать гетерогенных трехмерных тканевых конструкций с использованием биочернил низкой вязкости» . Продвинутые материалы . 28 (4): 677–684. дои : 10.1002/adma.201503310 . ПМЦ 4804470 . ПМИД 26606883 .
- ^ Мут, Джозеф Т.; Диксон, Патрик Г.; Войш, Логан; Гибсон, Лорна Дж.; Льюис, Дженнифер А. (21 февраля 2017 г.). «Архитектурная ячеистая керамика с индивидуальной жесткостью благодаря прямому письму пеной» . Труды Национальной академии наук . 114 (8): 1832–1837. Бибкод : 2017PNAS..114.1832M . дои : 10.1073/pnas.1616769114 . ISSN 0027-8424 . ПМК 5338428 . ПМИД 28179570 .
- ^ Стереолитография: материалы, процессы и приложения . Бартоло, Пауло. Нью-Йорк: Спрингер. 2011. ISBN 978-0-387-92904-0 . OCLC 719362712 .
{{cite book}}: CS1 maint: другие ( ссылка ) - ^ Тамблстон, младший; Ширванянц Д.; Ермошкин Н.; Янушевич Р.; Джонсон, Арканзас; Келли, Д.; Чен, К.; Пиншмидт, Р.; Роллан, JP; Ермошкин А.; Самульский, ET (20 марта 2015 г.). «Непрерывное производство 3D-объектов с жидкостным интерфейсом» . Наука . 347 (6228): 1349–1352. Бибкод : 2015Sci...347.1349T . дои : 10.1126/science.aaa2397 . ISSN 0036-8075 . ПМИД 25780246 . S2CID 7623328 .
- ^ Jump up to: а б Янушевич, Рима; Тамблстон, Джон Р.; Кинтанилья, Адам Л.; Мечем, Сью Дж.; Дезимоун, Джозеф М. (18 октября 2016 г.). «Бесслойное производство с непрерывным производством раздела жидкостей» . Труды Национальной академии наук . 113 (42): 11703–11708. Бибкод : 2016PNAS..11311703J . дои : 10.1073/pnas.1605271113 . ISSN 0027-8424 . ПМК 5081641 . ПМИД 27671641 .
- ^ Корчоне, К. Эспозито; Греко, А.; Маффеццоли, А. (22 февраля 2006 г.). «Эволюция температуры при построении стереолитографии с использованием коммерческой эпоксидной смолы». Полимерная инженерия и наука . 46 (4): 493–502. дои : 10.1002/pen.20488 . ISSN 0032-3888 .