Holografinen 3D-tulostus mahdollistaa tutkijoille tulostamisen kehosi sisälle

Lisävalmistusprosessit hyötyvät yhä innovaatioista. Tällä viikolla Concordian tutkijaryhmä esitteli menetelmän, jossa hologrammeja käytetään 3D-tulostamaan monimutkaisia rakenteita ja muuta. Merkittävänä pidetään heidän holografista 3D-tulostusmenetelmäänsä ratkaisuna moniin nykyisten tekniikoiden puutteisiin. Tässä kaikki, mitä sinun tarvitsee tietää holografisesta 3D-tulostuksesta ja miksi se on alan tulevaisuus.

3D-tulostusala on kokenut räjähdysmäisen kasvun viimeisen vuosikymmenen aikana kaikilla mittareilla, mukaan lukien käyttäjät, teknologia, materiaalitiede ja menetelmät. Suosituimmat 3D-tulostusmuodot perustuvat edelleen lämpöön ja laseriin, jotka muovaavat materiaalin haluttuun muotoon. Vaikka tämä strategia on osoittautunut tehokkaaksi, se jättää silti käyttäjille paljon toivottavaa.

Suora äänen tulostus (DSP)

Vuonna 2022 markkinoille esiteltiin 3D-tulostusmenetelmä, jossa hyödynnetään ääniaaltoja. Tämä strategia käyttää ääniaaltoja kovettaakseen tulostusmateriaalia haluttuun muotoon. Ääniaallot luovat kavitaatiota, joka syntyy aina kun staattinen paine laskee alhaiseksi kuin nesteen höyrynpaine. Tämä tila tuottaa millisekunteja kestävää korkeapaineista lämpöä, jota käytetään 3D-tulostettavien materiaalien nopeaan kovettumiseen.

Holografinen suora äänen tulostus (HDSP)

Tutkijat ehdottivat päivitystä nykyiseen DSP-menetelmään äskettäin Nature Communications-lehdessä julkaistussa artikkelissa, jonka nimi on Holographic Direct Sound Printing (HDSP). Tämä uusi lähestymistapa hyödyntää akustisia hologrammeja prosessin parantamiseksi. Hologrammi käyttää erityisesti kuvioituja akustisia aaltoja, jotka aiheuttavat kavitaatiokuplia tietyissä paikoissa.

Lähde – Concordia Holografinen 3D-tulostus

Kemiallisesti aktivoidut akustiset kavitaatiokuplat tarjoavat reaaliaikaista, tarpeen mukaan tapahtuvaa alueellista polymerisaatiota, mikä mahdollistaa tutkijoiden tulostaa äänen avulla tehokkaammin ja tarkemmin. Tutkimuksen mukaan tulostusprosessi antaa insinööreille mahdollisuuden tarkastella ja tallentaa haluttujen tulosteiden poikkileikkauskuvia, parantaen suunnittelukyvykkyyttä ja mahdollistamalla sisäisten rakenteiden kehittämisen.

HDSP-tulostin

HDSP-tulostin on rakennettu käänteisellä tavalla moniin edeltäjiinsä verrattuna. Sen sijaan, että tulostusarmeija liikkuisi, moottoroitu alusta liikuttaa materiaalia paikallaan pysyvän holografisen kuvan sisällä. Järjestelmä käyttää ennalta ohjelmoituja kuvioita, jotka perustuvat kehittyneisiin algoritmeihin, ohjaamaan robottiarmeijaa holografisen kuvan ympärillä, mahdollistaen sonokemiallisten reaktioiden tapahtumisen ja tulosteen kovettumisen.

Holografinen 3D-tulostustesti

Tutkimuspaperi käsittelee testausmenetelmiä, joilla uusi lisävalmistusprosessi validoitiin. Tutkijat suorittivat sarjan sono-kemiluminesenssi- ja nopean kuvantamisen kokeita arvioidakseen HDSP:n kykyjä ja suorituskykyä. Erityisesti seurattiin keskeisiä yksityiskohtia, kuten polymerisaatioprosessin tarkkaa kulkua, virityseffektejä, robotin liikkeitä ja ohjelmistolaskelmia.

Holografisen 3D-tulostuksen tulokset

Tutkimuksen tulokset ovat mullistavia. Yksi havainto oli suora korrelaatio syöttönopeuden ja monimutkaisten tulosteiden muokkausmahdollisuuden välillä. Tämän johdosta tiimi integroi kehittyneitä ohjelmistoalgoritmeja optimoidakseen parametreja kunkin tulosteen tarpeiden mukaan. Tämä toimenpide johti erittäin tarkkoihin tulostettuihin rakenteisiin, jotka pystyvät ylittämään aiemmat mallit.

Tiimi jatkoi HDSP:n kyvyn tutkimista tulostaa erilaisia materiaaleja. He testasivat myös hologrammien vaikutuksia prosessiin eri intensiteettien, suunnittelujen ja sijoittelujen alla. Lopuksi tarkasteltiin, miten erilaiset rakenteet, kuten huokosisuus ja materiaalit, vaikuttavat viritysprosessiin.

Etäetäisyys-tulostus (RDP)

Tämän tutkimuksen tärkein läpimurto liittyy etätulostukseen. Insinöörit havaitsivat, että he voivat tulostaa esineitä seinien ja muiden rakenteiden takana käyttäen HDSP:ta. Tämä sisäinen tulostusmenetelmä voisi mahdollistaa tulevaisuudessa sen, että autosi osat tulostetaan paikalleen sen sijaan, että ne asennettaisiin. Vielä vaikuttavampaa on, että samaa strategiaa voitaisiin käyttää elinten tulostamiseen tai sisäisten vaurioiden korjaamiseen ei-invasiivisesti.

Holografisen 3D-tulostuksen hyödyt

Tutkijat esittävät vakuuttavan perustelun sille, miksi HDSP ylittää DSP:n lähes kaikilla osa-alueilla. Ensinnäkin se on paljon nopeampi kuin alkuperäinen DSP-menetelmä, joka rajoittui voxel-kerrallaan tapahtuvaan tulostukseen. HDSP mahdollistaa useiden alueiden kovettumisen samanaikaisesti. Tuloksena voit tulostaa jopa 20‑kerran nopeammin käyttäen DHSP-menetelmiä.

Tee muutoksia

Toinen HDSP:n tuoma etu on mahdollisuus muokata kuvia tulostusprosessin aikana. Perinteisessä 3D-tulostuksessa jokainen kerros levitetään ja kovetetaan, eikä kerroksen jälkeen ole mahdollisuutta tehdä muutoksia. HDSP-käyttäjät voivat muokata hologrammia, mikä automaattisesti muuttaa tulostusta minimaalisella vaivalla. Näin syntyy vähemmän jätettä, koska tämä lähestymistapa vähentää tulostusvirheitä.

Tulosta monimutkaisia malleja holografista 3D-tulostusta käyttäen

HDSP avaa oven uudelle monimutkaisuuden tasolle markkinoilla. Tämä tulostin voi luoda monimutkaisia sisäisiä rakenteita ääniaaltojen avulla, mahdollistaen insinööreille kevyempiä, tehokkaampia vaihtoehtoja ilman suorituskyvyn ja kestävyyden heikkenemistä.

Moni-tulostus

Toinen mullistava etu, jonka HDSP tarjoaa, on kyky luoda esineitä samanaikaisesti. Järjestelmä mahdollistaa ponnistelujen maksimoimisen yhdistämällä useita tulostuksia yhdeksi istunnoksi. Järjestelmä voi käsitellä eri tulostuksia eri paikoissa, maksimoiden tulostustilan ja lyhentäen tulostusaikoja.

Holografinen 3D-tulostus tarjoaa joustavuutta

HDSP-yksikkö on monipuolinen laite, joka tuo markkinoille uuden tason joustavuutta. Käyttäjät voivat vaihtaa tulostusmateriaaleja, luoda monimutkaisia muotoja ja tulostaa läpinäkymättömien pintojen yli käyttäen tätä menetelmää. Tämä lisätty joustavuus johtaa lisääntyneeseen innovaatioon ja yhteistyöhön eri toimialojen välillä.

Käytännössä saavuttamattomat paikat

Toinen merkittävä HDSP:n tuoma hyöty on sen kyky tulostaa lähes saavuttamattomiin paikkoihin. Kuvittele, että pysäköit autosi ja korjausdroni ilmoittaa, että se tulostaa sinulle uuden tuulettimen, koska vanha on rikki. Sen sijaan, että avaisit moottoritilan, holografista kuvaa käytetään tulostamaan uusi tuuletin paikalleen, eikä asennusta tarvita.

Holografisen 3D-tulostuksen mahdolliset sovellukset

HDSP-teknologialla on useita potentiaalisia käyttötapauksia, jotka voivat tarjota kaivattua tehoa markkinoilla tulevina vuosina. Tässä ovat HDSP:n tärkeimmät mahdolliset käyttötapaukset.

Terveydenhuolto

HDSP:n käyttö lääketieteen ja biolääketieteen alalla auttaa alentamaan kustannuksia, parantamaan potilasturvallisuutta ja laajentamaan pääsyä useampiin maailman alueisiin. HDSP-järjestelmät pystyvät tulostamaan monimutkaisia kudosrakenteita, lääkkeenjakovälineitä ja jopa ihonsiirtoja. Kaikki nämä vaihtoehdot parantavat selviytymistä edeltäjiinsä nähden ja ne voidaan tulostaa sisäisesti, poistaen tarve invasiivisille leikkauksille.

Tutkijat

Concordian kone-, teollisuus- ja avaruustekniikan laitoksen tutkijat toteuttivat HDSP-prosessin tutkimuksen ja testauksen. Erityisesti professori Muthukumaran Packirisamy johti tiimiä. Projektin rahoitus tuli FQRNT:n (Fonds de Recherche du Québec, Canada), NSERC Discovery of R.B. ja Concordian tutkimusistuimen myöntämistä apurahoista.

Yritykset, jotka vaikuttavat 3D-tulostusalan

3D-tulostusmarkkinat sisältävät nykyään enemmän vaihtoehtoja, materiaaleja ja laitteita kuin koskaan aiemmin. Voit saada tänään mitä tahansa 3D-tulostettuna, pienestä muovikappaleesta koko taloon ja kaikkea siltä väliltä. Nämä kehittyneet tulostusoperaatiot avaavat ovet lisää innovaatioita ja työntävät teknologian rajoja eteenpäin.

Nano Dimension Ltd.

Nano Dimension Ltd (NNDM ) tuli markkinoille vuonna 2022 ja on nopeasti vakiinnuttanut asemansa elektronisen 3D-tulostuksen sektorilla. Yritys on parhaiten tunnettu DragonFly-tulostimista. Nämä pienet laitteet mahdollistavat tutkijoille räätälöityjen piirilevyjen tulostamisen nanoskaalan projekteja varten.

NNDM Hintakaavio

Huomionarvoista on, että yritys julkaisi äskettäin Dragonfly 4 -tulostimen, jonka suorituskyky on parantunut. Lisäksi yritys tarjoaa nyt laser-suoraa metallitulostusratkaisua. Kaikki nämä tekijät tekevät Nano Dimension Ltd:stä viisaamman lisäyksen kenen tahansa salkkuun, joka pyrkii astumaan nanoskaalan tulostusmarkkinoille.

Holografinen 3D-tulostus – Tulostus ihosi takana

Ajatus siitä, että elimet tulostetaan tai korjataan kehossa ääniaaltojen avulla, kuulostaa suoraan futuristisesta sci‑fi‑trilleristä. Tämä tutkimus kuitenkin tekee tästä näennäisesti mahdottomasta tehtävästä todellisuutta. Kun yhdistetään HDSP:n täysi kyvykkyys ja lisätty suorituskyky, on helppo nähdä, että tämä tulostin on valmis aiheuttamaan aaltoja tulevaisuudessa.

Tutustu muihin hienoihin 3D-tulostusProjektit