Hành trình Khoa học, Không gian và Thời gian!
Các nhà nghiên cứu đã phát triển một máy in 3D mới rất có thể là tương lai của ngành sản xuất với kích thước rất lớn và nhanh đến mức nó có thể in một vật thể có kích thước của một người trưởng thành chỉ trong vài giờ.
Các nhà nghiên cứu của Đại học Tây Bắc đã phát triển một máy in 3D mới là tương lai của ngành sản xuất với kích thước rất lớn và nhanh đến mức nó có thể in một vật thể có kích thước của một người trưởng thành chỉ trong vài giờ.
Được gọi là HARP (in nhanh khu vực cao), công nghệ mới cho phép thông lượng phá kỷ lục có thể sản xuất sản phẩm theo yêu cầu. Trong 30 năm qua, hầu hết các nỗ lực trong in 3D đã nhằm mục đích đẩy các giới hạn của công nghệ cũ. Thông thường, việc theo đuổi các bộ phận lớn hơn đã phải trả giá bằng tốc độ, thông lượng và độ phân giải. Với công nghệ HARP, sự thỏa hiệp này là không còn cần thiết vì bản thân nó có thể cạnh tranh với cả độ phân giải và thông lượng của các kỹ thuật sản xuất truyền thống.
Công nghệ HARP nguyên mẫu cao 13 feet với giường in 2,5 feet vuông và có thể in khoảng nửa yard trong một giờ – một thông lượng kỷ lục cho lĩnh vực in 3D. Điều này có nghĩa là nó có thể in một phần, phần lớn hoặc nhiều phần nhỏ khác nhau cùng một lúc.
In 3D mạnh mẽ về mặt khái niệm nhưng thực tế đã bị hạn chế. Nếu chúng ta có thể in nhanh mà không bị giới hạn về vật liệu và kích thước, chúng ta có thể cách mạng hóa sản xuất. HARP đã sẵn sàng để làm điều đó.
Nhóm nhà nghiên cứu dự đoán rằng HARP sẽ có sẵn trên thị trường trong 18 tháng tới.
Công trình sẽ được công bố vào ngày 18 tháng 10 trên tạp chí Khoa học. Mirkin là Giáo sư Hóa học George B. Rathmann tại Đại học Khoa học và Nghệ thuật Weinberg của Tây Bắc và là giám đốc của Viện Công nghệ Nano Quốc tế. David Walker và James Hedrick, cả hai nhà nghiên cứu trong phòng thí nghiệm của Mirkin, đồng tác giả bài báo.
Giữ cho nó mát
HARP sử dụng một phiên bản mới của bản in lập thể và đang chờ cấp bằng sáng chế với một loại hình in 3D chuyển đổi nhựa lỏng thành vật thể rắn. HARP in theo chiều dọc và sử dụng ánh sáng cực tím chiếu để xử lý nhựa lỏng thành nhựa cứng. Quá trình này có thể in các mảnh cứng, có độ đàn hồi hoặc thậm chí là có thể in trên gốm. Các bộ phận được in liên tục này rất mạnh về mặt cơ học, trái ngược với các cấu trúc nhiều lớp phổ biến đối với các công nghệ in 3D khác. Chúng có thể được sử dụng như các bộ phận cho xe hơi, máy bay, nha khoa, chỉnh hình, thời trang và nhiều hơn nữa.
Một yếu tố hạn chế chính cho máy in 3D hiện tại là nhiệt. Mỗi máy in 3D dựa trên nhựa tạo ra rất nhiều nhiệt khi chạy ở tốc độ nhanh – đôi khi vượt quá 180 độ C. Điều này không chỉ dẫn đến nhiệt độ bề mặt nóng nguy hiểm mà nó còn có thể khiến các bộ phận in bị nứt và biến dạng. Tốc độ càng nhanh, máy in tạo ra càng nhiều nhiệt. Và nếu nó càng in lớn và nhanh thì sức nóng vô cùng cao.
Khi các máy in này chạy ở tốc độ cao, một lượng nhiệt lớn được tạo ra từ quá trình trùng hợp nhựa. Hiện tại các nhà nghiên cứu không có cách nào để làm tiêu tan nó. Nhưng vấn đề này vẫn có thể thuyết phục được hầu hết các công ty in 3D nhỏ.
‘Teflon lỏng’
Công nghệ Tây Bắc bỏ qua vấn đề này với một chất lỏng không dính hoạt động giống như chất lỏng Teflon. HARP chiếu ánh sáng qua một cửa sổ để hóa cứng nhựa trên đỉnh của một tấm chuyển động thẳng đứng. Chất lỏng Teflon chảy qua cửa sổ để loại bỏ nhiệt và sau đó lưu thông qua bộ phận làm mát.
Công nghệ của HARP tạo ra nhiệt giống như những máy khác nhưng HARP có một giao diện loại bỏ nhiệt. Giao diện cũng không dính, giúp nhựa không dính vào máy in. Điều này làm tăng tốc độ của máy in lên gấp trăm lần vì các bộ phận không phải liên tục bị cắt từ đáy của thùng in.
Nói lời tạm biệt với kho hàng
Phương pháp sản xuất hiện tại vẫn còn là quy trình rườm rà. Các nhà sản xuất thường yêu cầu các thông tin đầu vào để điền vào các khuôn được thiết kế sẵn, đắt tiền, tĩnh và chiếm không gian lưu trữ với chi phí rất cao. Việc sử dụng khuôn mẫu khiến các nhà sản xuất phải in các bộ phận trước – thường đoán xem họ có thể cần bao nhiêu – và lưu trữ chúng trong các nhà kho khổng lồ.
Mặc dù in 3D đang chuyển từ chế tạo nguyên mẫu sang sản xuất kích thước và tốc độ của máy in 3D hiện tại đã giới hạn chúng trong sản xuất hàng loạt nhỏ. Tuy nhiên HARP là máy in đầu tiên có thể xử lý các lô lớn và các bộ phận lớn ngoài các bộ phận nhỏ.
Khi bạn có thể in nhanh và lớn thì nó thực sự có thể thay đổi cách chúng ta nghĩ về sản xuất. Với HARP, bạn có thể xây dựng bất cứ thứ gì bạn muốn mà không cần khuôn mẫu và không cần kho chứa với đầy đủ các bộ phận mà bạn vẫn có thể in bất cứ thứ gì bạn có thể tưởng tượng theo yêu cầu.
Lớn nhất trong lớp
Trong khi các công nghệ in khác đã làm chậm hoặc giảm độ phân giải của chúng để đi lớn thì HARP không đưa ra những nhượng bộ như vậy.
Rõ ràng có rất nhiều loại máy in 3D ngoài kia như bạn có thể thấy máy in tạo ra các tòa nhà, cầu, thân xe và ngược lại bạn cũng sẽ thấy các máy in có thể tạo ra các bộ phận nhỏ ở độ phân giải rất cao.
Các máy in trên quy mô HARP thường tạo ra các bộ phận phải được chà nhám hoặc gia công xuống hình học cuối cùng của chúng. Điều này thêm một chi phí lao động lớn cho quá trình sản xuất. HARP nằm trong một lớp máy in 3D sử dụng công nghệ chiếu sáng độ phân giải cao để đạt được các bộ phận sẵn sàng sử dụng mà không cần xử lý hậu kỳ rộng rãi. Kết quả là một con đường thương mại khả thi để sản xuất hàng tiêu dùng.
Nano đi lớn
Mirkin đã phát minh ra máy in nhỏ nhất thế giới vào năm 1999. Được gọi là công nghệ nano nhúng bút, công nghệ này sử dụng một cây bút nhỏ để tạo ra các tính năng nano. Sau đó ông đã chuyển nó sang một loạt các cây bút nhỏ để chiếu ánh sáng qua từng cây bút và tạo ra các tính năng từ các vật liệu nhạy cảm với ảnh. Giao diện không dính đặc biệt được sử dụng trong HARP bắt nguồn trong khi làm việc để phát triển công nghệ này thành máy in 3D có kích thước nano.
Từ quan điểm thể tích, Mirkin đã kéo dài hơn 18 bậc độ lớn.
Nghiên cứu “In 3D nhanh, khối lượng lớn, được điều khiển bằng nhiệt sử dụng giao diện chất lỏng di động” được hỗ trợ bởi Văn phòng Nghiên cứu Khoa học Không quân (số giải thưởng FA9550-16-1-0150), Bộ Năng lượng Hoa Kỳ ( số giải thưởng DE-SC0000989) và Quỹ Sherman Fairchild.
Nguồn truyện:
Tài liệu được cung cấp bởi Đại học Tây Bắc . Bản gốc được viết bởi Amanda Morris. Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa cho kiểu dáng và độ dài.
Tạp chí tham khảo :