뒤집힌 3D 프린터 25.03.2015

몇 년 동안 존재해 온 기술에서 정말 새로운 것을 발명하려면 종종 반대쪽에서 볼 필요가 있습니다. 아마도 이것을 위해서는 모든 것을 거꾸로 뒤집거나 뒤집어야 할 것입니다. 따라서 내연 기관이 외연 기관을 대체했지만, 그 이전 세기의 엔지니어들은 증기 기관의 미래 지배력을 마지막으로 예측했습니다.

이제 증기 기관은 steampunk 장르의 환상적인 이야기에만 남아 있습니다. 사실, 가솔린 엔진은 이미 역사의 페이지에만 남아 전기 엔진에 자리를 양보할 모든 기회가 있습니다. 케이블 테일이 있는 볼 마우스에서 레이저 및 무선 마우스로 진화한 동일한 컴퓨터 마우스를 예로 들어 보겠습니다. 이제 이러한 급격한 변화는 최근 널리 보급된 3D 프린팅 기술에 영향을 미칠 수 있습니다.

몇 가지 다른 XNUMXD 프린팅 기술이 있으며, 그 핵심은 원하는 모양의 물체를 레이어별로 생성하는 것입니다. 널리 사용되는 방법 중 하나는 레이저 광 조형법입니다. 어떻게 작동합니까? 이 제품은 자외선 레이저의 작용으로 경화되는 특수 물질인 액체 포토폴리머로 만들어졌습니다. 레이저 빔은 부품의 윤곽을 따라 흐르고, 레이저 빔에 의해 조명되는 영역은 고체가 되고, 노출되지 않은 영역은 액체로 유지됩니다. 생성되는 제품은 액체 폴리머 욕조에 층별로 침지됩니다. 공정이 끝나면 완성된 부품을 욕조에서 꺼내고 미반응 폴리머를 제거하고 최종 가공을 진행합니다. 이 기술은 잘 개발되어 전 세계적으로 사용됩니다. 그러나 그녀에게는 시간당 몇 밀리미터를 초과하지 않는 속도라는 한 가지 단점이 있습니다. 결국, 당신은 항상 가능한 한 빨리 완성된 결과를 얻기를 원하고 그것이 마침내 그곳에서 인쇄될 때 반나절 이상을 기다리지 않기를 원합니다.

3D 프린팅의 속도가 느린 이유는 무엇입니까? 전체 공정에서 가장 느린 단계는 폴리머의 경화인 것으로 밝혀졌습니다. 그리고 여기서 요점은 레이저나 폴리머 자체가 아니라 공기의 산소에 있습니다. 이 가스의 분자는 액체 고분자의 상층에 용해되어 경화 속도를 늦춥니다. 레이저 방사선은 고분자 물질의 분자를 서로 결합하여 고체가 되기 시작하는 활성 분자를 생성합니다. 반면에 산소는 이 과정을 적극적으로 방해하여 결과적으로 폴리머가 할 수 있는 것보다 훨씬 더 오래 경화됩니다.

물론 산소 대신 질소를 포함하는 밀폐된 챔버에 3D 프린터를 넣을 수 있지만 이는 XNUMXD 프린팅의 주요 장점 중 하나인 사용 편의성을 완전히 망칠 것입니다. 그러나 화학자들은 엔지니어들과 함께 산소 분자의 "유해한" 활동을 기술에 유용한 채널로 유도하는 방법을 생각해 냈고 인쇄 속도를 XNUMX배까지 높일 수 있었습니다. 이를 위해서는 모든 것을 거꾸로 뒤집을 필요가있었습니다.

산소가 활성 고분자 분자에 도달하는 것을 방지하는 방법은 무엇입니까? 밀폐된 챔버가 있는 옵션이 맨 처음에 사라지기 때문에 다른 옵션이 남아 있습니다. 액체 포토폴리머가 있는 욕조 표면이 아니라 표면에서 단일 산소 분자가 도달할 수 없는 깊이에서 인쇄가 수행되면 어떻게 될까요? 예를 들어, 바닥이 투명한 욕조를 만들고 위에서가 아니라 아래에서 레이저로 빛납니다. 그런 다음 액체 폴리머 층 아래에서 점차적으로 당겨서 부품을 인쇄하는 것이 가능할 것입니다. 한 가지를 제외하고 옵션은 좋습니다. 폴리머는 투명한 바닥과 접촉하는 지점에서 바로 경화되기 시작하고 생성되는 부품은 단순히 욕조에 달라붙습니다. 여기에 본 발명의 모든 노하우가 있습니다. 개발자는 제조된 부품이 욕조 표면에 "타지" 않는지 확인했습니다. 그리고 이상하게도 같은 "나쁜"산소에서 그들을 도왔습니다.

액체 폴리머 욕조의 바닥은 산소 분자가 거의 자유롭게 침투할 수 있는 특수 테프론 소재로 만들어졌지만 동시에 자외선 레이저 방사선에는 투명합니다. 무슨 일이야? 산소 분자는 이러한 막을 관통하여 거의 바닥에 있는 액체 층에서 용해됩니다. 멤브레인을 통해 비치는 레이저 빔은 광중합체 분자를 활성화시켜 서로 결합하기 시작하지만 산소가 포화된 얇은 층은 이들이 바닥에 달라붙는 것을 방지합니다. 이러한 "붙지 않는" 코팅의 두께는 사람의 머리카락과 거의 같은 수십 마이크로미터에 불과합니다. 멤브레인의 투과성, 포토폴리머의 특성, 레이저의 힘의 균형을 맞추면 전체 3D 프린팅 프로세스를 놀라울 정도로 빠르게 만들 수 있습니다.

실험에서 기술 개발자는 시간당 500밀리미터의 속도를 달성했으며 이는 기존의 레이저 광 조형을 사용하는 인쇄 속도보다 XNUMX배 빠른 속도입니다. 그리고 인쇄된 제품은 액체 폴리머로 채워진 욕조에서 훌륭하게 나타납니다.