Holografisk 3D‑utskrift gjør det mulig for forskere å skrive ut inne i kroppen din.

Additive manufacturing‑prosesser fortsetter å dra nytte av innovasjon. Denne uken introduserte en gruppe forskere fra Concordia en metode for å bruke hologrammer til å 3D‑printe intrikate design og mer. Merkverdig er at deres holografiske 3D‑utskriftsmetode blir sett av mange som en løsning på mange av de nåværende teknikkenes mangler. Her er alt du trenger å vite om holografisk 3D‑utskrift og hvorfor det er fremtiden for industrien.

3D‑utskriftssektoren har opplevd eksplosiv vekst det siste tiåret på alle måleparametere, inkludert brukere, teknologi, materialvitenskap og metoder. De mest populære formene for 3D‑utskrift er fortsatt avhengige av varme og lasere for å forme materialet til ønsket form. Selv om denne strategien har vist seg effektiv, etterlater den fortsatt mye som brukerne ønsker.

Direkte lydutskrift (DSP)

I 2022 ble en metode for 3D‑utskrift ved hjelp av lydbølger introdusert på markedet. Denne strategien utnytter lydbølger til å herde utskriftsmaterialet til en ønsket form. Lydbølger brukes til å skape kavitasjon som oppstår når det statiske trykket faller under damptrykket i en væske. Denne tilstanden skaper millisekunder med høyt trykk og varme. Denne varmen brukes til raskt å herde 3D‑utskriftmaterialer.

Holografisk direkte lydutskrift (HDSP)

Forskere foreslo en oppgradering av den nåværende DSP‑metoden i en nylig artikkel publisert i tidsskriftet Nature Communications kalt Holografisk direkte lydutskrift (HDSP). Denne nye tilnærmingen bruker akustiske hologrammer for å forbedre prosessen. Hologrammet bruker spesielt mønstrede akustiske bølger som induserer kavitasjonsbobler på bestemte steder.

Kilde – Concordia Holografisk 3D‑utskrift

De kjemisk aktiverte akustiske kavitasjonsboblene gir sanntids, etterspørselsbasert regional polymerisering, noe som gjør det mulig for forskere å skrive ut ved hjelp av lyd mer effektivt og med mer detaljer. Ifølge studien gjør utskriftsprosessen det mulig for ingeniører å undersøke og lagre tverrsnittsbilder av ønskede utskrifter, noe som forbedrer designmulighetene og gjør det mulig for forskere å forbedre intern strukturering.

HDSP‑printer

HDSP‑printeren er konfigurert på en måte som er omvendt i forhold til mange av sine forgjengere. I stedet for at utskriftsarmen beveger seg, flytter en motorisert plattform materialet innenfor det stasjonære holografiske bildet. Systemet bruker forhåndsprogrammerte mønstre basert på avanserte algoritmer for å navigere den robotiske armen rundt det holografiske bildet, noe som gjør at sonokjemiske reaksjoner kan forekomme og herde utskriften.

Holografisk 3D‑utskrifts‑test

Forskningsartikkelen diskuterer testmetodene som ble brukt for å kvalifisere den nye additive produksjonsprosessen. Forskerne gjennomførte en serie av sono‑kjemiluminescens‑ og høyhastighets‑avbildningseksperimenter for å måle HDSP‑s evner og ytelse. Spesielt ble viktige detaljer fulgt, inkludert en detaljert redegjørelse for polymeriseringsprosessen, justeringseffekter, robotbevegelser og programvareberegninger.

Resultater fra holografisk 3D‑utskrift

Resultatene fra studien er banebrytende. For det første observerte forskerne en direkte korrelasjon mellom materingshastighet og deres evne til å gjøre endringer i komplekse utskrifter. Derfor integrerte teamet avanserte programvarealgoritmer for å optimalisere parametere basert på behovene til hver utskrift. Denne manøveren resulterte i svært nøyaktige utskrevne strukturer som kunne overgå tidligere design.

Teamet fortsatte med å undersøke HDSP‑s evne til å skrive ut på en rekke ulike materialer. De testet også effektene av hologrammene på prosessen under forskjellige intensitetsnivåer, design og plassering. Til slutt undersøkte de hvordan ulike strukturer, som porøsitet og materialer, påvirker justeringsprosessen.

Fjernavstand‑utskrift (RDP)

Det viktigste gjennombruddet i denne forskningen dreier seg om fjernutskrift. Ingeniørene oppdaget at de kunne skrive ut objekter bak vegger og andre strukturer ved hjelp av HDSP. Denne metoden for intern utskrift kan muliggjøre en fremtid hvor bildeler blir skrevet ut på stedet i stedet for å bli installert. Enda mer imponerende er at samme strategi kan brukes til å skrive ut organer eller reparere intern skade på en ikke‑invasiv måte.

Fordeler med holografisk 3D‑utskrift

Forskerne fremlegger et overbevisende argument for hvorfor HDSP overgår DSP på nesten alle områder. For det første er den mye raskere enn den opprinnelige DSP‑metoden som var begrenset til en voxel‑for‑voxel‑utskriftsstrategi. HDSP gjør det mulig for flere områder å gjennomgå herdingsprosessen samtidig. Resultatet er at du kan skrive ut opptil 20 ganger raskere ved bruk av DHSP‑metoder.

Gjør endringer

En annen fordel som HDSP introduserer er muligheten til å endre bilder under utskriftsprosessen. I en tradisjonell 3D‑utskriftsmetode påføres og herdes hvert lag, noe som betyr at det ikke er mulig å gjøre endringer hvis komponenten allerede er lagt til. HDSP‑brukere kan endre hologrammet, som automatisk endrer utskriften med minimal innsats. Dermed blir avfallet mindre ettersom denne tilnærmingen reduserer utskriftsfeil.

Skriv ut komplekse design ved bruk av holografisk 3D‑utskrift

HDSP åpner døren for et nytt nivå av kompleksitet i markedet. Denne printeren kan lage intrikate design med interne strukturer ved hjelp av lydbølger, noe som gjør at ingeniører kan utvikle mer effektive, lettvektige alternativer uten å gå på kompromiss med ytelse og holdbarhet.

Multi‑utskrift

En annen banebrytende fordel HDSP tilbyr er muligheten til å lage objekter samtidig. Systemet gjør det mulig å maksimere innsatsen ved å kombinere flere utskrifter i én enkelt økt. Systemet kan håndtere ulike utskrifter på forskjellige steder, noe som maksimerer utskriftsplassen og reduserer utskriftstiden.

Holografisk 3D‑utskrift gir fleksibilitet

HDSP‑enheten er en allsidig enhet som introduserer et nytt nivå av fleksibilitet i markedet. Brukere kan endre utskriftsmaterialer, lage intrikate former, og skrive ut over ugjennomsiktige overflater ved hjelp av denne metoden. Denne ekstra fleksibiliteten vil føre til ytterligere innovasjon og samarbeid på tvers av industrier.

Umulige å nå steder

En annen stor fordel HDSP bringer til bordet er evnen til å skrive ut på nesten umulig å nå steder. Tenk deg at du parkerer bilen din og en reparasjons‑drone varsler deg om at den vil skrive ut en ny vifte fordi den gamle er ødelagt. Nå, i stedet for å åpne panseret, brukes et holografisk bilde til å skrive ut den nye viften på stedet, uten at installasjon er nødvendig.

Potensielle anvendelser av holografisk 3D‑utskrift

Det finnes flere potensielle bruksområder for HDSP‑teknologi, som kan gi et etterlengtet løft i kapasiteter på tvers av markeder i de kommende årene. Her er de viktigste potensielle bruksområdene for HDSP‑er.

Helsevesen

Bruken av HDSP innen medisinsk og biomedisinsk felt vil bidra til å senke kostnader, forbedre pasientsikkerhet og utvide tilgangen til flere regioner i verden. HDSP‑systemer er i stand til å skrive ut komplekse vevsstrukturer, legemiddelleveringsenheter og til og med hudtransplantater. Alle disse alternativene forbedrer overlevelsesraten sammenlignet med sine forgjengere og kan skrives ut internt, noe som eliminerer behovet for invasive operasjoner.

Forskere

Forskere ved Concordias avdeling for maskin-, industri- og romfartsingeniørfag gjennomførte forskningen og testingen av HDSP‑prosessen. Spesielt ledet professor Muthukumaran Packirisamy teamet. Finansiering til prosjektet kom fra tilskudd sponset av FQRNT (Fonds de Recherche du Québec, Canada), NSERC Discovery of R.B., og Concordia Research Chair.

Selskaper som gjør bølger i 3D‑utskriftssektoren

3D‑utskriftsmarkedet inkluderer nå flere alternativer, materialer og enheter enn noen gang. Du kan få alt 3D‑printet i dag, fra et lite plaststykke til et helt hus og alt imellom. Disse avanserte utskriftsoperasjonene åpner døren for mer innovasjon og presser grensene for teknologien.

Nano Dimension Ltd.

Nano Dimension Ltd (NNDM ) gikk inn i markedet i 2022 og har raskt fått fotfeste i den elektroniske 3D‑utskriftssektoren. Selskapet er mest kjent for sine DragonFly‑printere. Disse små enhetene gjør det mulig for forskere å skrive ut tilpassede kretskort for nanoskalaprojekter.

NNDM Prisdiagram

Det er verdt å merke seg at selskapet nylig lanserte sin Dragonfly 4‑printer, som har forbedret ytelsen. I tillegg tilbyr selskapet nå en laser‑direkte metallutskriftsløsning. Alle disse faktorene gjør Nano Dimension Ltd til et klokt tillegg i enhver portefølje for de som ønsker å gå inn i nanoskalautskriftsmarkedet.

Holografisk 3D‑utskrift – utskrift bak huden din

Tanken på å få organene dine skrevet ut eller reparert i kroppen ved hjelp av lydbølger høres ut som noe rett fra en futuristisk sci‑fi‑thriller. Likevel gjør denne studien denne tilsynelatende umulige oppgaven til virkelighet. Når den kombineres med HDSP‑s fulle kapasiteter og økte ytelse, er det lett å se at denne printeren er på vei til å skape bølger fremover.

Lær om andre kule 3D‑utskrifts prosjekter