Инженеры-строители и системные инженеры из Университета Джонса Хопкинса превратили давнюю проблему 3D-принтеров в многофункциональную функцию: команда разработала новую технологию печати, которая решает фундаментальную слабость между слоями, созданными во время 3D-печати. Эта работа, которая опубликована в Advanced Materials, имеет потенциал для настройки поведения 3D-печатных объектов.
«В 3D-печати интерфейсы печально известны тем, что создают уязвимости», — сказал Йохен Мюллер, доцент кафедры гражданского и системного проектирования Whiting School of Engineering. «Печатный материал либо слишком сильно, либо слишком слабо прилипает, что приводит к структурным слабостям. Это похоже на то, как спагетти слипаются после варки, но легко распадаются. Это создает недостатки, которые ограничивают функциональность 3D-печатных продуктов».
Чтобы бороться с этим, члены команды разработали новую технологию печати, которая позволяет им точно контролировать интерфейсы между вокселями, трехмерными аналогами пикселей, и то, как они функционируют, включая такие свойства, как адгезия — насколько хорошо различные слои или материалы склеиваются друг с другом.
Известная как 3D-печать с воксельным интерфейсом или VI3DP, эта технология использует печатающую головку, оснащенную стандартным соплом, окруженным четырьмя дополнительными соплами. В то время как стандартное сопло наносит материал, эти дополнительные сопла добавляют тонкую пленку другого материала сверху. Это позволяет контролировать и настраивать интерфейс между каждой 3D-печатной линией как при одно-, так и при многоматериальной печати, устраняя необходимость в нескольких печатающих головках и ненужных зазорах или особенностях объекта.
Помимо создания более прочных отпечатков, VI3DP также открывает ряд новых приложений для 3D-печатных объектов. В исследовании команда демонстрирует, как они могут интегрировать оптические, механические и электрические свойства в интерфейсы — все в одной печати и без увеличения веса, времени или стоимости.
Кандидат на получение докторской степени Дэниел Эймс сказал, что «добавление механических, оптических или электрических свойств уже возможно с использованием некоторых процессов 3D-печати, включая экструзию материалов и струйную печать материалов, но эти процессы требуют добавления свойств в виде целых вокселей, а не тонких интерфейсов, окружающих вокселы, что значительно снижает производительность и разрешение. Наш метод делает эти свойства осуществимыми при размере вокселя, что расширяет диапазон и тип применений для мягких материалов».
По словам исследователей, благодаря внедрению интерфейсов с физическими свойствами новая технология обеспечивает беспрецедентный уровень функционального контроля в 3D- печати.
«Интерфейсы чрезвычайно важны из-за того, что они могут дать», — сказал Мюллер, автор соответствующего исследования. «VI3DP имеет потенциал для создания более тонких интерфейсов, новых комбинаций материалов и интегрированных функций, таких как сложные 3D-схемы, электромеханические устройства, композитные структуры со встроенными данными и печатаемые на месте механизмы с точными подгонками».
Группа планирует изучить эти потенциальные улучшения в будущих исследованиях.
«VI3DP — это прочная основа для будущих разработок в области производства. Мы сможем печатать сложные конструкции, которые раньше были невозможны», — сказал Эймс.
