La alternativa de impresión 3D ultrarrápida que hace objetos 3D en segundos

 La alternativa de impresión 3D ultrarrápida que hace objetos 3D en segundos

La impresión en 3D permite a los ingenieros crear estructuras intrincadas imposibles con la fabricación tradicional, pero el enfoque de capa por capa puede ser lento y limita las formas que se pueden construir. Una nueva técnica ahora puede fabricar formas 3D completas en segundos usando campos de luz holográficos.

La técnica, desarrollada por investigadores del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore, usa resinas especiales que se solidifican cuando se exponen a la luz. Al hacer brillar tres rayos láser en una tina llena de resina para crear un patrón de luz 3D, pudieron fabricar estructuras 3D de una sola vez en solo 10 segundos.

La mayoría de los enfoques de impresión 3D construyen estructuras capa por capa mediante el depósito de puntos individuales de material, filamentos o capas completas a la vez. Esto significa que las estructuras 3D creadas son en realidad pilas de capas 2D, dice Maxim Shusteff, ingeniero de LLNL, quien dirigió la investigación, que puede introducir artefactos en los puntos donde se unen, lo que da como resultado un acabado aproximado.

También puede hacer que ciertas estructuras sean imposibles de construir sin soporte, por ejemplo, construir desde abajo hacia arriba dificulta la construcción de subestructuras que cuelgan de las capas superiores. Ser capaz de construir toda la estructura de una sola vez tiene el doble beneficio de eliminar las limitaciones de los enfoques de capa por capa y aumentar dramáticamente la velocidad del sistema.

«Esta es la primera demostración de una forma práctica de hacer piezas en 3D a la vez», dijo Shusteff a Singularity Hub . «Es el siguiente paso en el progreso de la tecnología de fabricación aditiva».

En un artículo en la revista Science Advances , los investigadores describen cómo funciona el sistema al dividir una imagen holográfica 3D en tres partes distintas. Luego, estos se proyectan en el tanque de resina mediante rayos láser separados que ingresan a través de su frente, base y lado, creando un campo de luz 3D donde se superponen.

La resina que utilizaron los investigadores es un fotopolímero que reacciona a la luz al solidificarse una vez que se ha pasado un cierto umbral de energía, por lo que, después de unos segundos de exposición al campo de luz, pudieron drenar el tanque de resina líquida, dejando atrás la estructura 3D. .

El grupo usó su técnica para construir una serie de formas de escala milimétrica, como cubos, pirámides y celosías, pero Shusteff dice que con la optimización el enfoque debería ser capaz de resoluciones de solo unos pocos micrómetros.

La cantidad de energía requerida para asegurar una distribución uniforme de la luz en grandes cubas de resina significa que es poco probable que el método sea adecuado para grandes partes estructurales, pero Shusteff dice que es muy factible construir partes en la escala de 1.000 cm 3 .

«Realmente no hemos superado los límites de lo que esto es capaz, por lo que estamos hablando en términos muy generales sobre las áreas de aplicación en este momento», dice. «Cualquier lugar donde las estructuras de polímeros sean útiles podría mejorar el estado del arte».

De particular interés para los investigadores son los implantes biomédicos, donde tener un alto grado de flexibilidad en las formas que puede producir, junto con la alta resolución, podría ser muy útil.

Ha habido una cantidad creciente de investigaciones sobre tejidos vivos de bioimpresión , que a menudo utilizan tintas biológicas hechas de células vivas suspendidas en sustancias biocompatibles como los hidrogeles. A menudo, estos materiales son blandos y fácilmente deformables, lo que hace que los métodos de impresión que implican mucho movimiento no sean deseables, dice Shusteff, por lo que su enfoque estático podría ser una alternativa prometedora.

«Este es un enfoque intrigante para avanzar en la velocidad de fabricación 3D con fotopolímeros», dijo Joseph DeSimone, profesor de química en la Universidad de Carolina del Norte y cofundador de la empresa de impresión 3D Carbon . «Necesitarán avances de hardware junto con software y resinas para unir esto. Pero es emocionante «.

Shusteff está de acuerdo con que todavía hay mucho trabajo por hacer. Para empezar, las propiedades materiales de los fotopolímeros aún son limitadas, aunque dice que la fabricación aditiva está estimulando grandes cantidades de investigación para resolver este problema y el campo está creciendo rápidamente.

Los investigadores también piensan que puede haber mejores formas de crear los campos de luz 3D que la holografía. Shusteff dice que decidieron explotar la disciplina porque tenía teorías bien desarrolladas sobre cómo grabar o reconstruir estructuras 3D en la luz.

Pero la holografía requiere el uso de equipos ópticos complicados que aumentan los costos, y los láseres que son propensos a la «mota del láser», donde la luz del láser interfiere a sí misma, agregando ruido espacial al rayo y causando rugosidad en la superficie.

Afortunadamente, dicen que debería ser posible lograr el mismo efecto utilizando LED como fuente de luz y modulación de amplitud en lugar de holografía. «Hemos tomado una muy buena primera oportunidad en esto, pero aún no lo hemos llevado al límite de su rendimiento, por lo que el espacio está totalmente abierto para que nosotros y otros demostremos de qué es capaz este enfoque», dice Shusteff. .

El grupo ya está experimentando con una tina de resina que gira sobre su eje cuando una fuente de luz LED varía el patrón de luz que proyecta. Shusteff dice que esto les da una flexibilidad geométrica aún mayor, mientras que solo es ligeramente más lento, tomando minutos en lugar de segundos para cada estructura.

Autor: Edd Gent

Texto original: SingularityHub

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