El nuevo proceso de impresión 3D ininterrumpido lleva minutos en lugar de horas

El nuevo proceso de impresión 3D ininterrumpido lleva minutos en lugar de horas

El nuevo proceso de impresión 3D ininterrumpido lleva minutos en lugar de horas

carbono 3d, inc.

La impresión 3D, o fabricación aditiva, tiene el potencial de revolucionar la forma en que hacemos las cosas, permitiendo la producción personalizada de casi cualquier cosa que pueda desear. Los investigadores están investigando aplicaciones de impresión 3D que van desde la impresión de casas enteras hasta órganos humanos artificiales. Pero la impresión 3D aún no se ha popularizado, en parte debido a la naturaleza tediosa del proceso. Por lo general, se basa en elementos de construcción en un enfoque capa por capa que puede llevar varias horas. Para que la fabricación aditiva sea más útil en general, las velocidades de impresión deben aumentar en un orden de magnitud.

Un equipo de investigadores de UNC-Chapel Hill ha desarrollado un nuevo proceso de impresión 3D que podría ser lo suficientemente rápido como para cambiar el curso de la impresión 3D. Su proceso permite la impresión continua de objetos utilizando una interfaz líquida en un solo paso, a diferencia de los procesos por pasos anteriores.

Para hacerlo, estos científicos aprovecharon un problema típicamente asociado con los métodos de impresión 3D que dependen de la luz para iniciar la polimerización (fotocurado): la capacidad de controlar los niveles de oxígeno. Cuando está presente, el oxígeno reacciona con las cadenas de polimerización, lo que ralentiza considerablemente la reacción. Por lo tanto, se debe limitar el oxígeno para el proceso de curado, que endurece el producto. En la impresión 3D, el material generalmente se imprime al aire y se cura bajo luz ultravioleta; dado que probablemente haya oxígeno presente, este proceso es más lento de lo que podría ser.

La nueva técnica consiste en proyectar una secuencia continua de imágenes UV a través de la parte inferior de una ventana transparente a los rayos UV, permeable al oxígeno. La ventana se encuentra bajo un baño de resina líquida que es esencialmente una solución de reactivos químicos. Esta ventana permite que entre una pequeña cantidad de oxígeno, creando una «zona muerta» donde el proceso de curado no puede continuar. Como resultado, la zona muerta mantiene una interfaz líquida directamente encima de ella. Las imágenes UV luego modelan la estructura a medida que emerge de la zona muerta.

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La parte de avance está unida a una placa de soporte de construcción sobre el baño de resina, que se mueve continuamente hacia arriba a medida que la parte se imprime debajo. Esto permite una constante renovación de la resina líquida reactiva a partir de la cual se construye la pieza. En general, el proceso es un poco como sacar un objeto sólido de un baño líquido, que puede ser mucho más superficial que el objeto que se está sacando.

El nuevo método de impresión en acción. Tenga en cuenta que la Torre Eiffel emergente es mucho más alta que la profundidad del líquido del que emerge.

En una demostración, el equipo imprimió estructuras columnares estampadas a una velocidad de 500 mm por hora (19,68 pulgadas por hora). Estas estructuras tenían unos 5 cm (unas 2 pulgadas) de altura y se imprimieron en menos de 10 minutos. Estas estructuras también eran suaves y carecían de las líneas de corte típicamente asociadas con la impresión 3D. Debido a la naturaleza continua de este proceso, la imagen proyectada utilizada para curar la resina se puede actualizar a mayor velocidad según sea necesario sin necesidad de cambiar la velocidad de impresión. Los investigadores también demostraron la posibilidad de imprimir una estatua de la Torre Eiffel y un taco de zapato de tamaño real.

Esta técnica es fundamentalmente diferente de los métodos de impresión 3D anteriores, que normalmente tienen pasos separados para la exposición a los rayos UV, la renovación de la resina y el movimiento de las piezas. Debido a esta diferencia, la producción continua de interfase líquida no está limitada por la típica formación de capas por etapas, sino que está limitada solo por las tasas de curado y la viscosidad de la resina.

La ventana utilizada para crear la zona muerta es Teflon AF 2400, que tiene una excelente permeabilidad al oxígeno. Los científicos demostraron que la permeabilidad al oxígeno de la ventana era esencial para establecer con éxito la zona muerta. También descubrieron que el flujo de oxígeno a través de la ventana era importante para mantener una zona muerta estable a lo largo del tiempo, descrita en términos de la relación entre la permeabilidad de la película y el espesor de la película. Estas relaciones se pueden usar para controlar cuidadosamente la zona muerta.

El equipo desarrolló relaciones matemáticas para modelar el comportamiento de la impresión 3D en función del grosor de la zona muerta, el tiempo de exposición y las propiedades de la resina. También definieron relaciones que determinan la resolución de impresión en función del tamaño de píxel proyectado, la calidad de imagen y el grosor de corte del modelo. Este análisis matemático demostró que una zona muerta con un espesor de 20 µm (el mínimo espesor posible) puede alcanzar velocidades superiores a 300 mm/hora con alta resolución. Si se sacrifica la resolución, se pueden lograr velocidades superiores a 1000 mm/hora.

La ciencia2015. DOI: 10.1126/science.aaa2397 (Acerca de los DOI).

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