Когато тръгнеш да изобретяваш нещо наистина ново в технология, съществуваща вече не една година, често се налага да погледнеш на проблема точно от обратната страна. Казано иначе, не рядко се налага да обърнеш всичко с “главата надолу”. Примери от историята на технологичната революция има много – например, въпреки че инженерите през XIX век са били напълно убедени, че бъдещето принадлежи на парните двигатели (с външно горене), още в началото на ХХ век двигателите с вътрешно горене бързо ги изместват. Днес бензиновите двигатели вече имат достойна конкуренция в лицето на електрическите.
Подобни примери има десетки. Да вземем например простата компютърна мишка, която еволюира от ролковата, “завързана” с кабел за компютъра, през лазерните си варианти, та до безжичните модели. Сега наред е кардинална промяна, която може да преобрази технологията за 3D печат, набираща през последните години все повече привърженици.
За тримерно печатане има няколко технологии, чиято същност се състои най-общо казано в послойно създаване на обекта с нужната ни форма. Един от най-широко използваните методи се нарича лазерна стерео литография. В какво се състои той? Обектът се създава от течен фотополимер – специално вещество, което се втвърдява при облъчване с ултравиолетов лазерен лъч. Лъчът преминава по контура на детайла, осветените участъци се втвърдяват, а неосветените остават течни. Изделието, което “разпечатваме” се потапя слой след слой във вана, пълна с течния полимер. Когато завърши процеса, готовият детайл се изважда от ваната, отстранява се неизползваният полимер и ако се налага се извършват довършителни корекции в готовия обект. Технологията е много добре разработена и се използва по цял свят. Но има един недостатък – скоростта на печатане не надминава няколко милиметра на час. Това е съществено неудобство, защото не винаги може да се чака половин ден за разпечатването на малък детайл.
Кое бави толкова печатането? Оказва се, че най-бавно в целия процес протича втвърдяването на полимера. И проблемът не е в самия полимер или в лазера, а в кислорода във въздуха. Молекулите на газа се разтварят в горния слой на течния полимер и така забавят втвърдяването му. Лазерното излъчване създава активни молекули, които започват да се свързват с други молекули на полимера, така че се втвърдява. Кислородът обаче активно възпрепятства този процес, в резултат на което времето за втвърдяване значително се увеличава. Разбира се, може принтерът да се постави в херметична камера, в която да се ограничи достъпа на кислород и той да бъде заменен, да речем от азот, но това ще унищожи много важно преимущество на технологията – простота при използване.
Химиците и инженерите обаче са измислили начин, как да насочат вредната дейност на молекулите кислород в полезна за метода посока. Това им помага да увеличат скоростта на печат няколко стотин пъти. Именно затова се налага цялата технология буквално да се обърне с главата надолу.
Понеже вариантът с херметичната камера е отхвърлен изобщо от разглеждане, то остава другата възможност –печатането да не се извършва на повърхността на ваната с полимер, а в дълбочина, където кислородът от въздуха няма как да достигне. Как да се постигне това обаче? Например, ако се направи дъното на ваната прозрачно и лазерът да свети отдолу, а не отгоре. Така ще може да се печата обектът, постепенно изваждайки готовата част от останалия течен полимер. Вариантът изглежда добър, с изключение на една “подробност” – полимерът ще започне да се втвърдява точно на мястото, където е в контакт с прозрачното дъно на ваната. Казано направо, ще залепне за дъното. И тук се появява новото в изобретението. Разработчиците са успели да направят така, че отпечатвания детайл да не “залепва” за дъното на ваната. За да не се случва залепването им помага същият онзи “лош” кислород, заради който се налага всичко да бъде обърнато наопаки.
Дъното на ваната за течния полимер е изработено от специален тефлонов материал, през който спокойно преминават молекули кислород, а в същото време той е и прозрачен за ултравиолетовите лъчи на лазера. И какво се получава? Молекулите кислород проникват през мембраната и се разтварят в придънния течен слой. Лазерният лъч, светещ през мембраната, активира молекулите на фотополимера и те започват да се свързват помежду си, но не могат да залепнат за дъното, защото им пречи тънък слой, наситен с кислород. Дебелината на това “незалепващо” покритие е само няколко микрона – колкото човешки косъм. Като се намери точният баланс между проницаемостта на мембраната, свойствата на фотополимера и мощността на лазера, може да се печатат тримерни обекти с изключителна бързина.
В експериментите си разработчиците са достигнали до скорост от 500 милиметра на час, което е сто пъти по-бързо от скоростта на печатане по метода на обичайната лазерна стерео литография. И като черешка на тортата е ефектният начин, по който отпечатаният обект се “възнася” от ваната, пълна с течен полимер.
0 коментара:
Публикуване на коментар