3D-печать ультразвуком позволит создавать сверхпрочные материалы
3D-печать ультразвуком – один из сегментов аддитивных технологий. Команда исследователей из Университета Бристоля разработала инновационный тип данной технологии, который может создавать из композиционных материалов высокопрочные изделия, активно применяемые в спорте, аэронавтике и многих других индустриях, где предъявляются высокие требования к прочностным характеристикам.
В частности, речь идет о создании теннисных ракеток, клюшек для гольфа с составных элементов летательных аппаратов.
Технологии объемной печати становятся все более продвинутыми день ото дня и претендуют на все более широкое применение, как в промышленном производстве, так и в повседневной жизни. По прогнозам подавляющего большинства наиболее авторитетных экспертов, рынок аддитивных технологий будет расти ускоренными темпами, а цены на необходимое оборудование (3D-принтеры) снижаться.
В исследовании, опубликованном на страницах издания Smart Materials and Structures, демонстрируется новый метод 3D-печати, основанный на использовании ультразвуковых волн, позволяющих манипулировать волоконными печатными материалами на микроуровне. Волокна создают микроскопическую армированную основу, которая придает итоговому изделию высокую прочность. Такая микроструктура, при помощи сфокусированного лазерного луча, начинает взаимодействовать с эпоксидной смолой, создавая композиционный материал, из которого и печатается необходимый объект.
Аспирант Том Левеллин-Джонс, входящий в группу разработчиков, так прокомментировал новую технологию 3D-печати ультразвуком:
Мы продемонстрировали [в рамках проекта], что наша ультразвуковая система может быть сравнительно недорого интегрирована в уже имеющиеся 3D-принтеры, сделав их композиционными принтерами.
В рамках проведенного исследования была достигнута скорость печати в 20 мм/сек, что сопоставимо с показателями стандартного оборудования 3D-печати. Ученые уже продемонстрировали возможность создания плоской структуры, армированной волокном. При этом, точность ориентации волокна контролируется путем переключения режимов ультразвуковой волны, что делает технологию довольно гибкой в использовании.
Для достижения этого, команда исследователей установила переключаемый лазерный модуль на стандартный трехосный 3D-принтер несколько выше модуля, отвечающего за ультразвуковое воздействие.
Такая конструкция дала возможность создания сложной волокнистой архитектуры при печати объектов. Кроме того, универсальность ультразвукового метода манипулирования дает возможность использования широкого диапазона материалов различной структуры, форм и размеров. В конечном итоге, это позволит прийти к созданию нового поколения волокнистых армированных композитов, которые могут быть использованы в 3D печати.
Наша работа продемонстрировала пример возможность осуществления контроля над распределением внутренней микроструктуры объекта 3D печати в режиме реального времени. Это демонстрирует потенциал для быстрого создания прототипов сложных микроструктурных механизмов. Такая технология печати дает нам много возможностей.
– Заявил профессор Брюс Дринкуотер, руководивший проектом.
Ожидается, что новая технология 3D-печати при помощи ультразвука будет крайне востребована во многих инновационных сегментах. В частности, при создании так называемых умных материалов.