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:

Ритм сердца влияет на восприятие и чувства 08.03.2026

Связь между сердцем и мозгом выходит далеко за пределы привычного представления о том, что сердце просто качает кровь. Новые исследования показывают, что сердечный ритм способен прямо влиять на восприятие внешнего мира и на эмоциональное состояние человека, открывая уникальный диалог между физиологией и сознанием. Работа сердца делится на две основные фазы: систолу и диастолу. Во время систолы сердечная мышца сокращается и выталкивает кровь в сосуды, а при диастоле сердце расслабляется, позволяя крови вернуться внутрь. Хотя мозг не управляет каждой конкретной фазой сокращений, он регулирует частоту сердечных сокращений в зависимости от состояния организма: в стрессовой ситуации пульс учащается, а в спокойном состоянии снижается. Однако взаимодействие между сердцем и мозгом двустороннее: мозг реагирует на сигналы от сердца так же, как сердце откликается на команды мозга. Международная группа исследователей проанализировала мозговую активность в зависимости от сердечного цикла. Они ...>>

Молекулы ДНК как новые носители данных 08.03.2026

С ростом объемов цифровой информации ученые ищут новые методы хранения данных, способные сочетать высокую плотность, долговечность и энергоэффективность. Одним из самых перспективных направлений становится использование молекул ДНК - естественного носителя генетической информации, который способен сохранять данные в течение тысяч лет при подходящих условиях. Недавние исследования показывают, что ДНК может стать не только архивом, но и полноценным перезаписываемым носителем информации. Исследователи из Университета Миссури создали систему, позволяющую записывать, стирать и повторно записывать данные в молекулах ДНК. Ранее ДНК использовалась в основном для долговременного архивирования информации, что делало носитель одноразовым. Новый подход превращает молекулярный носитель в полноценный цифровой накопитель с возможностью редактирования содержимого. Принцип работы устройства основан на естественном "языке" ДНК: в отличие от обычных компьютеров, где данные кодируются последовательн ...>>

Получение кислорода из лунного грунта 07.03.2026

Освоение Луны требует решения множества задач, связанных с обеспечением жизнедеятельности и функционированием оборудования в условиях ограниченных ресурсов. Одной из ключевых проблем является доставка кислорода с Земли, что значительно увеличивает стоимость и сложность космических миссий. Новые технологии позволяют получать кислород непосредственно на поверхности Луны, открывая путь к автономным и долговременным экспедициям. В центре исследований NASA находится метод извлечения кислорода из лунного реголита - рыхлого слоя измельченных пород, покрывающего поверхность спутника. Реголит содержит значительное количество окислов, включая окись железа и диоксид кремния, которые являются потенциальным источником кислорода. По оценкам специалистов, до 40% массы реголита приходится на химически связанный кислород. Ключевым элементом технологии является электролиз расплавленного реголита. Процесс предполагает пропускание электрического тока через сильно нагретый материал, что приводит к вы ...>>

Летающая электростанция S2000 07.03.2026

Развитие возобновляемой энергетики заставляет инженеров искать новые способы использования природных ресурсов. Одним из самых перспективных направлений остается ветровая энергия, однако традиционные наземные турбины имеют ряд ограничений. Их мощность зависит от условий у поверхности земли, а для установки таких установок требуется значительное пространство. Поэтому исследователи все чаще обращают внимание на более высокие слои атмосферы, где воздушные потоки значительно сильнее и стабильнее. Именно эту идею воплощает экспериментальная система S2000 - первая в мире летающая электростанция, предназначенная для выработки электроэнергии на большой высоте. Недавно в китайской провинции Сычуань был зафиксирован подъем необычного аппарата, внешне напоминающего дирижабль из научно-фантастических фильмов. На самом деле это высокотехнологичная энергетическая установка, способная улавливать энергию ветра примерно на высоте двух километров. Испытания проводились в городе Ибинь. Там инженеры ...>>

Газированная вода помогает поддерживать концентрацию геймеров 06.03.2026

Современный киберспорт требует от игроков не только быстрой реакции, но и способности долго сохранять высокий уровень концентрации. Во время продолжительных игровых сессий мозг испытывает значительную когнитивную нагрузку, что со временем приводит к утомлению и снижению точности принимаемых решений. Поэтому исследователи все чаще изучают способы поддержания внимания без использования сильных стимуляторов, таких как кофеин или сахар. Как выяснила команда ученызх в составе Шиона Такахаши, Ватара Косуги, Сейичи Мизуно и Такаши Мацуи, неожиданным помощником в поддержании концентрации может оказаться обычная несладкая газированная вода. Результаты их исследования показали, что сильно карбонизированная вода способна помогать геймерам сохранять ментальный фокус во время длительных игровых сессий. Примерно через три часа непрерывной игры у многих участников начинает проявляться так называемая когнитивная усталость. Она выражается в замедлении реакции, снижении точности решений и общем ос ...>>

Случайная новость из Архива ИС драйвер для автомобильных систем электронного управления дроссельной заслонкой 18.07.2015 Компания Toshiba Electronics Europe представила новую миниатюрную ИС драйвера коллекторных электродвигателей постоянного тока. Новая ИС TB9051FTG предназначена преимущественно для применения в системах управления автомобильными двигателями (электронное управление дроссельной заслонкой и газораспределением), но может также применяться для управления бортовыми системами с рабочим током до 5 А, такими как зеркала заднего вида и замки багажников. ИС TB9051FTG представляет собой одноканальный H-мост с поддержкой двух источников питания (VBAT и VCC). В дополнение к функциям прямого и обратного перемещения и торможения эта ИС также имеет функции управления ШИМ и управления ограничением тока и может применяться в цепях мониторинга тока на верхней стороне, диагностических выходов и сброса по включению питания. Новое устройство выпускается в компактном корпусе P-QFN28 размером 6 мм х 6 мм, пригодном для размещения на небольших монтажных платах. В цепях драйвера TB9051FTG используются ДМОП-транзисторы, а применение современных технологических процессов обеспечивает сверхнизкое сопротивление в открытом состоянии, равное 0,34 Ом (верхняя сторона + нижняя сторона, макс.). В ИС также используются различные встроенные функции обнаружения неполадок для реализации функциональной безопасности. В их числе - цепи обнаружения превышения тока, перегрева, низкого и высокого напряжения. Диапазоны рабочих напряжений TB9051FTG составляют: VBAT от 4,5 до 28 В, VCC от 4,5 до 5,5 В, рассказали в Toshiba. Компания провела ряд испытаний ИС TB9051FTG с имитацией отказов различных систем и предоставляет заказчикам документацию для проектирования и анализа безопасности. Поставка ознакомительных образцов начнется в сентябре 2015 г., а начало серийного производства запланировано на октябрь 2016 г.

Смотрите полный Архив новостей науки и техники, новинок электроники

www.diagram.com.ua
2000-2026