التصنيع بالإضافة
تحسين إمكانية الوصول إلى الطباعة ثلاثية الأبعاد مع تقنيات الليزر ثنائية اللون الجديدة التي تهدف إلى خفض التكاليف
اكتشف فريق من الباحثين المبتكرين طريقة لتخفيض تكاليف الطباعة ثلاثية الأبعاد وتحسين الأداء من خلال طريقة طباعة بالليزر ثنائية اللون جديدة. نشر فريق جامعة بوردو دراسة مفصلة عن نتائجهم في المجلة العلمية Optics Express. وتدقق الدراسة في تفاصيل تقنية التصنيع الإضافي المتقدمة ثنائية اللون التي تعزز نموذج التبلمر البوليمري ثنائي الفوتون الحالي. هنا كل ما تحتاج إلى معرفته.
عمليات التصنيع الإضافي الحالية
من أجل فهم أهمية هذه الدراسة، من الحكمة النظر السريع إلى تطور عملية التصنيع الإضافي. مفهوم الطباعة ثلاثية الأبعاد كان رحلة مثيرة تشبه الخيال العلمي في بعض الأحيان. هذه الأجهزة انتقلت من الكتب الهزلية إلى واحدة من أكثر الطرق شعبية، وأحيانًا الطريقة الوحيدة لإنشاء أجهزة معينة.
إخراج المادة
استخدمت أول طابعات ثلاثية الأبعاد طريقة تسمى إخراج المادة. كان هناك أنف ثيرموبلاستيكي ساخن يتم تغديته بلفافة طويلة من خيوط البلاستيك الحراري. يتم تسخين الخيوط حتى تصبح قابلة للتشكيل ثم تطبيقها في طبقات لتشكيل الشكل المطلوب. هذا نمط الطابعة ثلاثية الأبعاد هو الخيار الأكثر经济اً والأكثر استخدامًا اليوم.
سرير المسحوق
تستخدم طابعات ثلاثية الأبعاد سرير المسحوق لإنشاء عناصر معدنية وسراميكية. هذه الطريقة من الطباعة ثلاثية الأبعاد تدمج سرير مسحوق وطابعة حبر تُستخدم لرش مادة رابطة. هذه المادة تخلق العنصر طبقة تلو الأخرى ويمكنها إنشاء تصاميم ثلاثية الأبعاد معقدة. أدت التطورات الحديثة في هذا النهج إلى جعل الطباعة بمواد متعددة وحتى الإلكترونيات ممكنة.
الانصهار بالترسيب
يستخدم الانصهار بالترسيب خيوط بلاستيكية ثيرموبلاستيكية يتم ترسيبها باستخدام طرق إخراج المواد. من هناك، يتم استخدام الليزر لتشكيل وتثبيت شكل العنصر بدقة عالية. ومن المهم أن استخدام الليزر في قطاع التصنيع الإضافي شائع، مع استخدام أول استخدام لتقنية السtereolithography (SLA) في عام 1984.
تبلمر البوليمر ثنائي الفوتون (TPP)
اليوم، يتم استخدام طريقة تبلمر البوليمر ثنائي الفوتون (TPP) بشكل شائع للطباعة على نطاق ميكرون. تعتمد هذه الطريقة على ليزر ثنائي الفيمتو ثانية يمكن أن يشكل ويعالج ويتصلب مركبات مصممة خصيصًا. توفر دقة عالية وهي طريقة مثبتة لإنشاء هياكل دقيقة وأجهزة صغيرة أخرى من المستحيل استخدام طرق أخرى.
مشاكل مع هذا النهج
أدت عدة مشاكل مع طريقة TPP إلى حث الباحثين على استكشاف بدائل. أولاً، الليزر ثنائي الفيمتو ثانية غالي الثمن وحساس ويتطلب دقة عالية. يمكن أن يؤدي أي تغيير طفيف إلى جعل هذه الأجهزة تحتاج إلى صيانة شديدة.
الباحثون
مت认识ًا بهذه اللامعقولية في هذا الإعداد، قام الباحثون بقيادة مهندس جامعة بوردو Xianfan Xu بوضع نهج متعدد الطبقات جديد يعد بتخفيض التكاليف. من أجل إنجاز هذه المهمة، كان على الفريق التغلب على مجموعة من العقبات بدءًا من تداخل الليزر إلى الضبط. هنا كيف تمكنوا من التغلب على الصعوبات وإنشاء عملية تصنيع جديدة تمامًا لديها إمكانية قلب السوق رأسًا على عقب.
دراسة الليزر ثنائية اللون
تدرس الدراسة “الطباعة ثلاثية الأبعاد ثنائية اللون لتخفيض طاقة الطباعة بالليزر ثنائي الفيمتو ثانية” استخدام ليزر منخفض القدرة لمعالجة بعض المهام التي كانت تتطلب في السابق وحدات ثنائية الفيمتو ثانية. من أجل إنجاز هذه المهمة، قام الفريق بإنشاء ترتيب خاص لليثوغرافيا ثنائية الفوتون. يتضمن هذا الترتيب مسار ليزر ثانوي إلى مستوى الطباعة، مما يسمح للباحثين بجمع بيانات قيمة في الوقت الفعلي حول تأثيرات الليزر.
الخطوة 1 – إعداد المادة
الخطوة الأولى التي اتخذها الباحثون كانت وضع المادة في عملية كيميائية ضوئية. تساعد هذه العملية على خفض أنواع التثبيط في المادة، مما يجعلها أكثر مرونة للليزر المستخدم في عملية التشكيل والتصليد. وبالتالي، سمحت هذه الخطوة الإضافية للباحثين بإlimination استخدام الليزر ثنائي الفيمتو ثانية.
ليزر منخفض التكلفة
سمحت العملية الجديدة للباحثين بالاستفادة من خيار أقل تكلفة للتفاعلات الليزرية الأولى. قام الفريق بإlimination وحدة الفيمتو ثانية واستبدالها بليزر ضوء مرئي يعمل بالتعاون مع الجهاز ذو القدرة العالية. تم ضبط هذا الليزر منخفض التكلفة ليكمل الليزر ثنائي الفيمتو ثانية دون إضافة تداخل.
ليزر الفيمتو ثانية
الليزر ثنائي الفيمتو ثانية المختار للاختبار كان ليزر ألياف النانوثانية 532 nm من شركة MPB Communications Inc. يوفر هذا الجهاز قابلية ضبط عالية، مما يسمح للفريق بمحاولة معدلات تكرار مختلفة. في النهاية، استقروا على معدل تكرار 80 MHz عند عرض نبضة 1.2 ns.
مرايا الليزر ثنائية اللون
تم تركيز النبضات بشكل أكبر من خلال عدسة غمر زيتية 100X من نيكون، NA = 1.49. يتضمن هذا النهج مرايا فائقة التشتت السريع من Edmund Optics كوسيلة لبدء تعويض التشتت. بالإضافة إلى ذلك، تم استخدام ليزر هليوم-نيون (HeNe) لضمان الدقة. على وجه التحديد، كان هذا الحزء يضمن أن مسار الليزر كان قابلاً للتكرار.
توازن مع الليزر ثنائي اللون
تطلبت الدقة المطلوبة لإنشاء هذه العملية التصنيعية الجديدة من المهندسين إنشاء نموذج رياضي جديد. سمح هذا النموذج بتمثيل تفاعلات التبلمر الضوئي عبر الحالات. في الماضي، تم استخدام نماذج منفصلة لحساب الحالة المثارة والكينيتيكا البوليمرية اللاحقة للليزر.
النموذج المحدّث سمح للباحثين بقياس تأثير الليزر ثنائي الفوتون والليزر أحادي الفوتون بدقة في الوقت الفعلي. سمح هذا التأثير للفريق بتحديد أدنى متطلبات استهلاك الطاقة للليزر ثنائي الفيمتو ثانية لتحقيق مهامه دون فقدان الأداء.
اختبار الليزر ثنائي اللون
然后 انتقل الباحثون إلى اختبار اختراعهم على تصاميم متعددة. تم اختيار هذه الهياكل ثنائية وثلاثية الأبعاد المختلفة بسبب تعقيداتها وحجمها. أراد الفريق التأكد من أن جهازهم يمكن أن يتم إنشاؤه على نطاق ميكروني. وبالتالي، كان أول ما طبعوه هي هياكل خشبية مفصلة تقاس 25 × 25 × 10 μm.
Source – Optica
