Holografisk 3D-udskrivning gør det muligt for forskere at printe inde i din krop.

Additive fremstillingsprocesser fortsætter med at drage fordel af innovation. I denne uge introducerede en gruppe forskere fra Concordia en metode, der bruger hologrammer til at 3D-printe indviklede designs og mere. Bemærkelsesværdigt betragtes deres holografiske 3D-udskrivningsmetode af mange som en løsning på mange af de nuværende teknikkers mangler. Her er alt, du behøver at vide om holografisk 3D-udskrivning, og hvorfor det er fremtiden for branchen.

3D-udskrivningssektoren har oplevet eksplosiv vækst i det sidste årti på tværs af alle målinger, inklusive brugere, teknologi, materialvidenskab og metoder. De mest populære former for 3D-udskrivning er stadig afhængige af varme og laser for at forme materialet til den ønskede form. Selvom denne strategi har vist sig effektiv, efterlader den stadig meget ønsket af brugerne.

Direkte lydudskrivning (DSP)

I 2022 blev en metode til 3D-udskrivning ved hjælp af lydbølger introduceret på markedet. Denne strategi udnytter lydbølger til at hærde udskrivningsmaterialet til en ønsket form. Lydbølger bruges til at skabe kavitation, som opstår, når det statiske tryk falder under damptrykket i en væske. Denne tilstand skaber millisekunder af højt tryk og varme. Denne varme bruges til hurtigt at hærde 3D-printede materialer.

Holografisk direkte lydudskrivning (HDSP)

Forskere foreslog en opgradering af den nuværende DSP-metode i en nylig artikel offentliggjort i tidsskriftet Nature Communications kaldet Holographic Direct Sound Printing (HDSP). Denne nye tilgang anvender akustiske hologrammer til at forbedre processen. Hologrammet bruger specielt mønstrede akustiske bølger, der inducerer kavitationbobler på specifikke steder.

Kilde – Concordia Holografisk 3D-udskrivning

De kemisk aktiverede akustiske kavitationbobler giver realtids-ondemand regional polymerisation, hvilket gør det muligt for forskere at printe ved hjælp af lyd mere effektivt og med flere detaljer. Ifølge undersøgelsen gør udskrivningsprocessen det muligt for ingeniører at undersøge og gemme tværsnitsbilleder af ønskede prints, hvilket forbedrer designkapaciteterne og gør det muligt for forskere at forbedre den interne strukturering.

HDSP-printer

HDSP-printeren er konfigureret på en måde, der er omvendt i forhold til mange af dens forgængere. I stedet for at printerarmen bevæger sig, flytter en motoriseret platform materialet inden for det stationære holografiske billede. Systemet anvender forprogrammerede mønstre baseret på avancerede algoritmer til at navigere den robotarme omkring det holografiske billede, hvilket muliggør at sonokemiske reaktioner forekommer og hærder udskriften.

Holografisk 3D-udskrivningstest

Forskningspapiret diskuterer testmetoderne, der blev brugt til at kvalificere den nye additive fremstillingsproces. Forskere udførte en række sono-chemiluminescens- og højhastigheds‑billeddannelseseksperimenter for at måle HDSP’s kapaciteter og ydeevne. Specifikt blev nøgleoplysninger sporet, herunder en detaljeret redegørelse for polymerisationsprocessen, tuning‑effekter, robotbevægelser og softwareberegninger.

Resultater af holografisk 3D-udskrivning

Resultaterne af undersøgelsen er banebrydende. For det første bemærkede forskerne, at der var en direkte korrelation mellem feed‑rate og deres evne til at foretage ændringer i komplekse prints. Som følge heraf integrerede teamet avancerede software‑algoritmer for at optimere parametre baseret på hver enkelt prints behov. Denne manøvre resulterede i yderst præcise udskrevne strukturer, der kunne overgå tidligere designs.

Teamet fortsatte med at undersøge HDSP’s evne til at printe på tværs af en række forskellige materialer. De testede også hologrammernes indvirkning på processen under forskellige intensitets‑, design‑ og placeringsniveauer. Endelig undersøgte de, hvordan forskellige strukturer, såsom porøsitet og materialer, påvirker tuning‑processen.

Fjernafstandsprinter (RDP)

Det vigtigste gennembrud i denne forskning drejer sig om fjernudskrivning. Ingeniørerne opdagede, at de kunne printe objekter bag vægge og andre strukturer ved hjælp af HDSP. Denne metode til intern udskrivning kunne muliggøre en fremtid, hvor dine bildele printes på stedet i stedet for at blive installeret. Endnu mere imponerende er, at den samme strategi kan bruges til at printe organer eller reparere intern skade på en ikke‑invasiv måde.

Fordele ved holografisk 3D-udskrivning

Forskerne fremlagde et overbevisende argument for, hvorfor HDSP overgår DSP på næsten alle områder. For det første er den meget hurtigere end den oprindelige DSP‑metode, som var begrænset til en voxel‑for‑voxel‑udskrivningsstrategi. HDSP muliggør, at flere områder hærder samtidigt. Resultatet er, at du kan printe op til 20 × hurtigere ved brug af DHSP‑metoder.

Foretag ændringer

En anden fordel, som HDSP introducerer, er muligheden for at ændre billeder under udskrivningsprocessen. I en traditionel 3D‑udskrivningsmetode påføres og hærdes hvert lag, hvilket betyder, at der ingen måde er at foretage ændringer, hvis komponenten allerede er tilføjet. HDSP‑brugere kan ændre hologrammet, som automatisk ændrer udskrivningen med minimal indsats. Som følge heraf er der mindre spild, da denne tilgang reducerer udskrivningsfejl.

Print komplekse designs ved hjælp af holografisk 3D-udskrivning

HDSP åbner døren for et nyt niveau af kompleksitet på markedet. Denne printer kan skabe indviklede designs med interne strukturer ved hjælp af lydbølger, hvilket gør det muligt for ingeniører at udvikle mere effektive, letvægts‑løsninger uden at gå på kompromis med ydeevne og holdbarhed.

Multi-Print

En anden banebrydende fordel, som HDSP tilbyder, er muligheden for at skabe objekter samtidigt. Systemet giver dig mulighed for at maksimere indsatsen ved at kombinere flere udskrifter i en enkelt session. Systemet kan rumme forskellige udskrifter på forskellige steder, hvilket maksimerer udskrivningspladsen og sænker udskrivningstiden.

Holografisk 3D-udskrivning tilbyder fleksibilitet

HDSP‑enheden er en alsidig enhed, der introducerer et nyt niveau af fleksibilitet på markedet. Brugere kan ændre udskrivningsmaterialer, skabe indviklede former og printe over ugennemsigtige overflader ved hjælp af denne metode. Denne ekstra fleksibilitet vil resultere i yderligere innovation og samarbejde på tværs af industrier.

Umulige at nå steder

En anden stor fordel, som HDSP bringer til bordet, er dens evne til at printe på næsten umulige at nå steder. Forestil dig at parkere din bil og et reparations‑drone giver dig besked om, at de vil printe en ny blæser, fordi den gamle er ødelagt. I stedet for at åbne motorhjelmen bruges et holografisk billede til at printe din nye blæser på stedet, ingen installation er påkrævet.

Potentielle anvendelser af holografisk 3D-udskrivning

Der er flere potentielle anvendelsestilfælde for HDSP‑teknologi, som kan give et meget tiltrængt løft i kapaciteter på tværs af markeder i de kommende år. Her er de vigtigste potentielle anvendelsestilfælde for HDSP’er.

Sundhedspleje

Brugen af HDSP inden for medicin og biomedicin vil hjælpe med at sænke omkostningerne, forbedre patientsikkerheden og udvide adgangen til flere regioner i verden. HDSP‑systemer er i stand til at printe komplekse vævsstrukturer, lægemiddelleveringsenheder og endda hudtransplantater. Alle disse muligheder forbedrer overlevelsesraten i forhold til deres forgængere og kan printes internt, hvilket eliminerer behovet for invasive operationer.

Forskere

Forskere ved Concordias afdeling for maskin-, industri- og rumfartsingeniørvidenskab udførte forskningen og testningen af HDSP‑processen. Specifikt ledte en professor ved navn Muthukumaran Packirisamy teamet. Finansiering til projektet kom fra tilskud sponsoreret af FQRNT (Fonds de Recherche du Québec, Canada), NSERC Discovery of R.B., og Concordia Research Chair.

Virksomheder, der gør bølger i 3D-udskrivningssektoren

3D‑udskrivningsmarkedet indeholder nu flere muligheder, materialer og enheder end nogensinde før. Du kan få alt 3D‑printet i dag, fra et lille plaststykke til et helt hus og alt derimellem. Disse avancerede udskrivningsoperationer åbner døren for mere innovation og skubber grænserne for teknologien.

Nano Dimension Ltd.

Nano Dimension Ltd (NNDM ) gik ind på markedet i 2022 og har hurtigt opnået en fodfæste i den elektroniske 3D‑udskrivningssektor. Virksomheden er bedst kendt for sine DragonFly‑printere. Disse små enheder gør det muligt for forskere at printe skræddersyede kredsløbskort til nanoskalaprojekter.

NNDM Prisdiagram

Bemærkelsesværdigt har firmaet for nylig udgivet sin Dragonfly 4‑printer, som har forbedret ydeevnen. Derudover tilbyder virksomheden nu en laser‑direkte metal‑udskrivningsløsning. Alle disse faktorer gør Nano Dimension Ltd til en klog tilføjelse til enhver portefølje, der ønsker at træde ind på nanoskalaprintmarkedet.

Holografisk 3D-udskrivning – Udskrivning bag din hud

Ideen om at få dine organer printet eller repareret i din krop ved hjælp af lydbølger lyder som noget fra en futuristisk sci‑fi‑thriller. Denne undersøgelse gør denne tilsyneladende umulige opgave til virkelighed. Når den kombineres med HDSP’s fulde kapaciteter og ekstra ydeevne, er det let at se, at denne printer er på vej til at skabe bølger fremover.

Lær om andre seje 3D-udskrivnings Projekter