Dampinduceret 3D-printning åbner nye veje for virkelige anvendelser

3D-printverdenen fortsætter med at udvikle sig i sine kapaciteter og processer. En nylig undersøgelse af ingeniører fra University of Florida, offentliggjort i Natural Communications, skubber denne teknologi endnu længere. Rapporten beskriver en ny metode til dampinduceret 3D-printning, som både er mere økonomisk og bæredygtig end de nuværende metoder. Her er, hvad du behøver at vide.

Ny 3D-printmetode

Den nye metode, kaldet dampinduceret fase-separations-3D-printning (VIPS-3D), lover at levere nye muligheder, samtidig med at omkostningerne for producenterne reduceres. Denne nye tilgang til 3D-printning gør det muligt for producenter at bygge mere komplekse former ved brug af flere materialer, herunder polymerer, kompositter og metaller.

Ingeniørerne fra University of Florida anvendte en ny tilgang og kemikalier for at udføre disse opgaver. Processen startede med, at forskerne besluttede, hvilken 3D-printproces der skulle forbedres. Der findes forskellige metoder og materialer i disse anvendelser, og forskerne ønskede at skabe en 3D-printmetode, der understøtter varierende grader af porøsitet.

Der er mange anvendelsestilfælde, hvor porøse materialer er afgørende. De er ofte mere stabile, lette og bruger mindre materiale. Som sådan har denne sektor af 3D-printmarkedet længe været et fokusområde for forskere, der søger at forbedre processerne. Sådan gjorde dette team af geniale hjerner det muligt at printe komplekse porøse keramiske og metalformer.

Sådan fungerer VIPS-3D

Den dampinducerede printproces, der bruges til at muliggøre denne 3D-printmetode, kaldes non-solvent-induceret fase-separation (NIPS). Den fungerer ved at anvende en 3D-polymer og kompositmaterialer til at printe. En nebuliseret non-solvent bruges til at opløse polymerbaseret blæk fra det printede objekt som en del af denne proces.

Derefter begynder processen med fjernelse af lavfordampningssolvent. Solventet udvindes på en ensartet måde, hvilket hærder materialet jævnt. Dette trin gør det muligt for den polymeriske fase at begynde at stivne materialet. Bemærk, at denne proces er mere fleksibel med hensyn til materialer og former.

VIPS-3D Fordele

Denne 3D-printmetode har nogle væsentlige fordele, som brancheprofessionelle efterspørger. For det første gør den det muligt for ingeniører at skalere nøglefaktorer som porøsitet. Derudover kan de justere deres kreationer i rummet, hvilket muliggør direkte print af funktionelle multimateriale-stykker, når de kombineres med flere materialer.

Fleksibilitet

En anden stor fordel er den ekstra fleksibilitet, som VIPS-3D bringer til markedet. Processen muliggør brug af et enormt udvalg af materialer. Ingeniører har bevist, at metoden fungerer godt ved print af keramiske og metalgenstande. Denne evne gør det muligt at printe komplekse former ved brug af flere materialer, herunder dem der udnytter keramiske eller metalliske partikler til at give struktur.
Justérbarheden af denne proces er en stor fordel, som kan hjælpe den med hurtigere at finde anvendelsesmuligheder på markedet. Systemet gør det muligt for brugere at indstille interfilamentporøsitet og den uorganiske rumholder. Denne mulighed giver dig mulighed for at justere printforholdene. For eksempel kan du vælge at gøre genstanden lettere og bruge mindre materiale blot ved at øge dens porøsitet under fremstillingen.

Økonomisk

En af hovedårsagerne til den store hype omkring denne nye 3D-printmetode er, at den er mere økonomisk end traditionelle metoder. Brug af organiske materialer og nye printmetoder reducerer omkostningerne betydeligt.
Derudover, da projektet kan justere porøsiteten, er der mindre spild eller unødvendig blækforbrug. Alle disse faktorer bidrager til bundlinjen. For en virksomhed, der er afhængig af 3D-printning som en del af sin kerneforretningsmodel, gør disse omkostningsbesparelser en forskel.

Mindre infrastruktur påkrævet

Forskernes damp-3D-printprocess har en yderligere fordel: den kræver langt mindre infrastruktur for at blive opsat, drevet og vedligeholdt. Brug af non-solvent væske gør det muligt at genvinde størstedelen af den. Derudover bruger denne 3D-printmetode meget mindre elektricitet end eksisterende metoder. Anvendelsen af solventen gør, at genstanden kan låses på plads uden behov for at printe hver sektion igen. Som sådan er den lettere at opsætte, flytte og bruge.

Rummets forhold

Bemærkelsesværdigt kan denne 3D-printmetode udføres under almindelige rumforhold. Dette er en stor fordel for dem, der ønsker at printe visse typer polymerer og metaller, som ofte kræver varme. VIPS-3D-printning af polymeriske, metalliske og kompositmaterialer kan foregå ved rumtemperatur med konsistente resultater.

Genanvendelig

VIPS-3D-metoden introducerer et solvent-genvindingssystem. Denne proces muliggør genbrug af non-solventen flere gange. Efter hver session fjernes og indsamles solventen. Denne strategi sikrer, at den ikke ender i miljøet og sparer penge.

Bæredygtig brug af dampinduceret printning

Et af de fedeste aspekter ved dette projekt er brugen af miljøvenlige væsker. Disse nye 3D-printerblækmuligheder udnytter opløselige polymerbaserede alternativer, der ikke skader miljøet. Derfor forudser mange, at 3D-printning er en af de bedste måder at reducere miljøpåvirkningen på.

Ingeniørteam

Bemærkelsesværdigt omfattede forskningen professorer i maskin- og rumfartsingeniørkunst, Yong Huang, Ph.D., og Marc Sole-Gras, Ph.D. Sole-Gras er hovedforfatteren af artiklen og var tidligere studerende hos Dr. Huang. Teamet har ansøgt om og modtaget to patenter som en del af deres forskning, hvor størstedelen af finansieringen stammer fra National Science Foundation og Department of Energy.

Potentielle anvendelser

Der er mange anvendelser, hvor 3D-print af porøse materialer er afgørende for at fuldføre en opgave. Der er situationer, hvor du skal gøre genstanden porøs, så den bliver lettere, tillader luftgennemstrømning eller er mere strukturelt holdbar. Her er de vigtigste industrier, som denne udvikling potentielt kan påvirke

Sundhedspleje

Fremstillingen af porøse medicinske implantater eller andre nyttige sundhedsprodukter er et perfekt eksempel på, hvordan denne teknologi kan hjælpe millioner af mennesker med at leve bedre liv. Allerede har forskerne påpeget dens potentiale inden for knoglevævsingeniørkunst.
Denne sektor kunne se metoden anvendt til at skabe realistiske implantater, der matcher porøsiteten af andre celler i din krop. Denne tilgang vil hjælpe med at reducere påvirkningen af proteser og implantater ved at gøre dem i stand til bedre at assimilere i kroppen.

Biohybride robotter

Et andet område, der har meget at vinde på integrationen af VIPS-3D, er biohybride robotter. Disse enheder er bygget til at efterligne eller udvide naturlige mekaniske processer. Du kan tænke på robotter, der ligner mennesker eller andre dyr. De kan endda kombinere organisk væv med mekaniske processer for at opnå imponerende mål.
Biohybride robotter er på vej op, og det er med god grund. De kunne hjælpe millioner af mennesker. Der findes allerede biohybride robotter, der hjælper folk med at tale, gå og i fremtiden se. Integration af AI har styrket denne industri. Nu kan VIPS-3D hjælpe med at gøre disse enheder lettere, hvilket vil forbedre batterilevetiden og bærbarheden.

Rumfart

Rumfartsindustrien er et andet område, hvor porøse 3D-printmetoder trives. Porøsitet er afgørende ved vægtreduktion, og når man taler om rumfart, er vægt altid i fokus. Den nye metode kan strømline fremstillingen af letvægtsprodukter til rumfart på farten.
Disse 3D-printere kan en dag blive brugt til at fremstille reservedele til et rumfartøj. Evnen til at tilpasse materialebrug og integrere polymerer og metaller gør den til den ideelle løsning i disse scenarier.

Virksomheder, der kan drage fordel af dampinduceret printning

Der er mange industrier og virksomheder, der vil opleve direkte fordele ved denne teknologi, hvis den får gennemslag. Fra rumfart til energi og bilindustrien er 3D-printning i vækst. Her er et par virksomheder, der kunne udnytte VIPS-3D-teknologi til at forbedre deres tilbud og markedsposition.

1. Ansys Inc

Ansys er en amerikansk leverandør af ingeniørsimuleringssoftware og -tjenester, som har opnået et ry som en banebrydende kraft på markedet. Virksomheden specialiserer sig i simuleringsservice, som hjælper med komplekse produktdesigns. Integration af VIPS-3D kunne hjælpe med at lette mange af de designudfordringer, som deres kunder står over for.

Ansys er velkendt på markedet og er i øjeblikket den største ingeniørsimuleringsvirksomhed i verden. Dens kundebase spænder over materialer, energi, sundhedspleje, bilindustrien og rumfartssektoren. Denne mangfoldige kundebase og efterspørgslen efter deres tjenester har hjulpet virksomheden med at sikre fortsatte gunstige profitforudsigelser.

2. Materialise NV

Det belgiske firma Materialise NV tilbyder 3D-printtjenester til virksomhedskunder. Producenten leverer både software- og printløsninger til et globalt publikum.

Den har oplevet betydelig vækst i år. Specifikt har virksomheden set en stigning på 30 % i omsætningen på grund af dens succes inden for medicinsk additiv fremstilling.

Dampinduceret 3D-printning – Mere holdbarhed og bæredygtighed

Når du ser på denne nye 3D-printmetode, er det let at forstå, hvorfor så mange siger, at den er fremtiden for branchen. Dens evne til at printe flere materialer i komplekse former gør den unik. Derudover gør dens fokus på bæredygtighed og økonomi i fremstillingsprocessen den til den ideelle løsning for mange virksomheder fremadrettet.

Lær om andre spændende 3D-printprojekter her.