新しい軽量3Dプリンタは重力ゼロで宇宙船の道具を作ることができる

新しい3Dプリント技術は、光線を使ってオブジェクトを作り、動物学者から宇宙船に乗って道具を無重力で作る必要がある人々まで、あらゆる分野の専門家を支援することを約束します。

この技術は、木曜日にジャーナルに掲載された論文に記載されています 科学 これは、黄色い感光性の液体に光線を当てて固体の物体を作り出すことです。科学者たちは、彼らが望むオブジェクトの3Dモデルを作成し、映画を作成し、そしてプロジェクターを使用して情報を回転する円柱の中に放射します。液体の性質上、ユーザーは他の物体を樹脂で覆うことができます。金属片の周りにドライバーのハンドルを作成するのがその一例です。

カリフォルニア大学の機械工学の助教授であり、論文の上級著者であるHayden Taylorは次のように述べています。 逆 この新しい3Dプリント技術は既存のハードウェアを使用しますが、そのソフトウェアをより洗練された方法で使用します。

「新しいプロセスに必要な装置は本質的にシンプルです。ビデオプロジェクター（標準の市販のプロジェクターでも構いません）と着実に回転する感光材料が必要です」とTaylor氏は言います。トリッキーな部分は、3Dモデルをビデオに変換するために使用される計算ですが、それでも「必要に応じてパーソナルコンピュータで実行できます」と彼は説明します。

このプリンターは、体内に電磁波を送って腫瘍を見つけるために医師によって使用されるコンピューター断層撮影スキャンを見て設計されました。チームは、どれだけの光を送るべきか、そしてシリンダーが一杯になった樹脂がいつ回転するかを計算する必要がありました。光が樹脂に当たると、感光性分子が溶存酸素を枯渇させて固体構造を形成します。残りの材料は他のプロジェクトに再利用可能であり、この方法は実質的に無駄を生じさせない。

コロンビア大学の研究者たちは、この2ヵ月だけで3Dプリント木材への道を発見しました。全体の結婚式のシーンを作成し、ミシガン大学の研究者は以前よりも100倍速くオブジェクトを印刷することができる方法を作成しました。

典型的な3Dプリンタは、紙ベースのものと同じように機能し、ABSプラスチックまたはポリ乳酸のいずれかを重ねて徐々にオブジェクトを形成します。この技術は、溶融堆積モデリングとして知られており、高速ではあるが低い精度で物体を製造する傾向がある。

「私たちは伝統的であるように、層ごとに印刷するのではありません」とTaylorは言います。 「いくつかの他のプロセスでは、層の使用は内部ボイドまたは欠陥を導入する危険性があり、滑らかではない表面をもたらし、その両方が強度を低下させるかまたは強度を高度に指向性にし得る。

ミシガン大学のチームによって使用されているステレオリソグラフィとして知られている代替技術は、樹脂の中にオブジェクトを作成するために紫外線レーザーを使用します。それはTaylorのチームによって使用されていたテクニックに似ているように聞こえます。 コンピュータアキシャルリソグラフィ - しかし、3D印刷のこの新時代における技術の間にはいくつかの興味深い違いがあります。

「コンポーネントを直線で描画するのではなく、光源に対して印刷ボリュームを回転させます」とTaylor氏は言います。 「これは、3Dオブジェクトのすべての点を順番にではなく、同時に作成できることを意味します。

また、私たちのプロセスでは、印刷中に周囲の素材に対する印刷オブジェクトの動きはありません。これは私たちのアプローチの前例のない側面であり、非常に高粘度の材料に印刷することを可能にし、流体の流れによって他のプロセスに課される可能性のある印刷速度の制限を排除します。」

この新しい技術が宇宙船でどのように使われるのか

この技術は宇宙飛行士にとっても有益であると証明されるかもしれません。 Taylor氏は、「確かに計算式軸方向リソグラフィで作られた部品を宇宙で使うことができると考えられる」と述べ、「無重力が実際にはこのプロセスにとっての追加の利益になると推測する」と付け加えた。

地球上でCALを使用することの主な問題は、レンダリング中にオブジェクトが樹脂内に沈む可能性があることです。チームは、印刷プロセス中に測定可能な距離でオブジェクトが沈むことがないように樹脂を設計しましたが、低重力で作業すると、その変化をさらに小さくすることができます。

エロンムスクなどが火星に人間を送り植民地を作るという彼らの夢を達成するならば、おそらく彼らは彼ら自身の道具を作る準備ができているプロジェクターと巨大な樹脂の大箱で赤い惑星に彼らの探検家を送り出すでしょう。少なくとも彼らは映画を見るために使用する何かを持っていると思います。

以下の「トモグラフィ再構成による体積付加製造」というタイトルの論文の要約をお読みください。

アディティブマニュファクチャリングは、大きな幾何学的自由と、複雑な機能のために材料を組み合わせる可能性を約束します。アディティブプロセスのスピード、形状、表面品質の制限は、材料の積層化への依存に関連しています。我々は、動的に変化する光のパターンで感光材料の回転体積を照射することによって、三次元物体内の全ての点の同時印刷を実証した。エンジニアリングアクリレートポリマーでわずか0.3 mmの特徴を印刷したり、非常に滑らかな表面を持つ柔らかい構造をゼラチンメタクリレートヒドロゲルに印刷したりします。私達のプロセスは私達が他の既存の固体目的を包む部品を組み立てることを可能にし、多材料製作を可能にする。速度と空間分解能の機能を記述するためのモデルを開発しました。さまざまなセンチメートルスケールのオブジェクトについて、30〜120秒の印刷時間も示しました。