Impresión 3D, 100 veces más rápida con luz

Impresión 3D, 100 veces más rápida con luz
Impresión 3D con luz
Modificado por última vez en Viernes, 11 Enero 2019 21:08
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Un nuevo método también da como resultado una impresión más fuerte que los típicos modelos en capas

En lugar de acumular filamentos de plástico capa por capa, un nuevo enfoque para la impresión en 3D levanta formas complejas de una cuba de líquido hasta 100 veces más rápido que los procesos de impresión 3D convencionales, según han demostrado investigadores de la Universidad de Michigan.

La impresión 3-D podría cambiar el juego para trabajos de manufactura relativamente pequeños, produciendo menos de 10.000 artículos idénticos, porque significaría que los objetos se podrían hacer sin la necesidad de un molde que costara más de $ 10.000. Pero la forma más familiar de impresión en 3D, que es como construir objetos en 3D con una serie de líneas 1D, no ha sido capaz de llenar ese vacío en escalas de tiempo típicas de producción de una semana o dos.

"Usando enfoques convencionales, eso no es realmente posible a menos que se tenga cientos de máquinas", dijo Timothy Scott, profesor asociado de ingeniería química de U-M que co-dirigió el desarrollo del nuevo enfoque de impresión en 3D con Mark Burns, T.C. Chang Profesor de Ingeniería en la U-M.

Su método solidifica la resina líquida utilizando dos luces para controlar dónde se endurece la resina y dónde se mantiene fluida. Esto permite al equipo solidificar la resina en patrones más sofisticados. Pueden hacer un bajorrelieve 3D en un solo disparo en lugar de en una serie de líneas 1D o secciones transversales 2-D. Sus demostraciones de impresión incluyen una celosía, un bote de juguete y un bloque M.

celosía impresa en 3D con luz

"Es uno de los primeros impresores 3-D verdaderos jamás hechos", dijo Burns, profesor de ingeniería química e ingeniería biomédica.

VIDEO: Este enfoque de impresión 3D utiliza dos fuentes de luz, una para iniciar la reacción de solidificación y otra para detenerla, lo que permite un control preciso de la impresión tanto en tiempo como en espacio. El bloque M en el vídeo se imprime mientras se extrae continuamente del baño de resina.

Pero el verdadero enfoque tridimensional no es un simple truco: era necesario superar las limitaciones de los esfuerzos anteriores de depósitos de impresión. Es decir, la resina tiende a solidificarse en la ventana a través de la cual brilla la luz, deteniendo el trabajo de impresión justo cuando comienza.

Al crear una región relativamente grande donde no se produce la solidificación, se pueden usar resinas más gruesas, potencialmente con refuerzos de aditivos en polvo, para producir objetos más duraderos. El método también mejora la integridad estructural de la impresión 3D de filamentos, ya que esos objetos tienen puntos débiles en las interfaces entre las capas.

"Se pueden obtener materiales mucho más resistentes y mucho más resistentes al desgaste", dijo Scott.

impresión 3D con luz

Una solución anterior al problema de la solidificación en la ventana era una ventana que dejara pasar el oxígeno. El oxígeno penetra en la resina y detiene la solidificación cerca de la ventana, dejando una película de fluido que permitirá que se retire la superficie recién impresa.

Pero debido a que este hueco es tan grueso como una pieza de cinta transparente, la resina debe ser muy líquida para que fluya lo suficientemente rápido hacia el pequeño hueco entre el objeto recién solidificado y la ventana cuando se levanta la pieza. Esto ha limitado la impresión de depósitos a productos pequeños y personalizados que se tratarán con relativa suavidad, como dispositivos dentales y plantillas para zapatos.

Al reemplazar el oxígeno con una segunda luz para detener la solidificación, el equipo de Michigan puede producir un espacio mucho más grande entre el objeto y la ventana, de un milímetro de espesor, lo que permite que la resina fluya miles de veces más rápido.

La clave del éxito es la química de la resina. En los sistemas convencionales, solo hay una reacción. Un fotoactivador endurece la resina donde la luz brilla. En el sistema de Michigan, también hay un fotoinhibidor, que responde a una longitud de onda diferente de la luz.

En lugar de limitarse a controlar la solidificación en un plano 2-D, como hacen las técnicas actuales de impresión de depósitos, el equipo de Michigan puede modelar los dos tipos de luz para endurecer la resina en prácticamente cualquier lugar en 3D cerca de la ventana de iluminación.

U-M ha presentado tres solicitudes de patente para proteger los múltiples aspectos inventivos del enfoque, y Scott se está preparando para lanzar una nueva empresa.

Un artículo titulado "Rapid, continuous additive manufacturing by volumetric polymerization inhibition patterning", que describe esta investigación se publicará en Science Advances.


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