Pagpapabuti ng Accessibility ng 3D Printing sa Pamamagitan ng Bagong Two-Laser na Teknik na Magbabawas ng Gastos

Natuklasan ng isang pangkat ng mga makabago na mananaliksik ang isang paraan upang mabawasan ang gastos sa 3d printing at mapabuti ang pagganap sa pamamagitan ng bagong two-laser printing method. Ang koponan mula sa Purdue University ay naglathala ng detalyadong pag-aaral ng kanilang mga natuklasan sa siyentipikong journal na Optics Express. Ang pag-aaral ay sumisid sa mga detalye ng isang advanced na dual-color laser additive manufacturing technique na nagpapahusay sa kasalukuyang Two-photon polymerization model. Narito ang lahat ng kailangan mong malaman.

Mga Proseso ng Additive Manufacturing Ngayon

Upang lubos na maunawaan ang kahalagahan ng pag-aaral na ito, mainam na magbigay ng mabilis na sulyap sa pag-unlad ng proseso ng additive manufacturing. Ang konsepto ng 3d printing ay isang kapanapanabik na paglalakbay na kung minsan ay kahawig ng science fiction. Ang mga aparatong ito ay nagmula sa mga komiks patungo sa isa sa pinaka-popular, at madalas ay tanging paraan upang lumikha ng ilang mga device.

Material Extrusion

Ang unang mga 3d printer ay gumamit ng metodong tinatawag na material extrusion. Isang pinainit na nozzle ang may mahabang spool ng thermoplastic filament na pinapasok dito. Ang filament ay pinapainit hanggang maging malambot at pagkatapos ay inilalapat nang pa-layer upang mabuo ang kinakailangang hugis. Ang istilong ito ng 3D printer ang pinaka-abot-kaya at pinakamalawak na ginagamit ngayon.

Powder Bed

Ang mga powder bed 3D printer ay ginagamit para sa paggawa ng metal at ceramic na mga item. Ang metodong ito ng 3D printing ay pinagsasama ang isang powered bed at isang inkjet printer na nag-spray ng binding material. Ang materyal na ito ay bumubuo ng item layer by layer at kayang lumikha ng masalimuot na 3D na disenyo. Ang mga kamakailang pag-unlad sa pamamaraang ito ay nagpadala ng posibilidad ng pag-print ng maraming materyales at kahit ng mga elektronikong bahagi.

Fused Deposition

Ang fused deposition ay gumagamit ng thermoplastic filament na inilalagay gamit ang material extrusion methods. Mula rito, ginagamit ang mga laser upang hubugin at i-lock ang hugis ng item nang may mataas na katumpakan. Kapansin-pansin, ang paggamit ng mga laser sa sektor ng additive manufacturing ay pangkaraniwan, kung saan ang unang paggamit ng Stereolithography (SLA) ay naganap noong 1984.

Two-photon Polymerization (TPP)

Sa kasalukuyan, ang Two-photon polymerization (TPP) ay ang pinaka-karaniwang ginagamit para sa micron-scale na industriyal na pag-print. Ang metodong ito ay umaasa sa dual femtosecond lasers na maaaring hubugin, mag-cure, at mag-solidify ng mga purpose-built composites. Nagbibigay ito ng mataas na katumpakan at napatunayan nang epektibo para sa paglikha ng microstructures at iba pang maliliit na detalyadong device na imposibleng gawin gamit ang ibang pamamaraan.

Mga Isyu sa Pamamaraang Ito

Maraming isyu ang nag-udyok sa mga mananaliksik na maghanap ng alternatibo sa TPP method. Una, ang mga femtosecond laser ay napakamahal, sensitibo, at nangangailangan ng mataas na katumpakan. Ang pinakamaliit na pagbabago ay maaaring magdulot ng pangangailangan ng mabigat na maintenance.

Mga Mananaliksik

Sa pagkilala sa mga kakulangan ng setup na ito, ang mga mananaliksik na pinamumunuan ng Purdue University engineer na si Xianfan Xu ay nagbuo ng isang bagong multi-layered na pamamaraan na nag-aalok ng pagbawas ng gastos. Upang maisakatuparan ito, kinailangan ng koponan na lampasan ang iba’t ibang balakid mula sa laser interference hanggang sa tuning. Narito kung paano nila napagtagumpayan ang mga hamon at lumikha ng ganap na bagong proseso ng paggawa na may potensyal na baguhin ang merkado.

Two-Laser Study

Ang pag-aaral na “Two-color 3D printing for reduction in femtosecond laser printing power” ay sinusuri ang paggamit ng mas mababang power na laser upang hawakan ang ilang gawain na dati ay nangangailangan ng dual femtosecond units. Upang magawa ito, lumikha ang koponan ng custom-built na two-photon lithography setup. Ang ayos na ito ay kinabibilangan ng pangalawang laser path papunta sa print plane, na nagbibigay-daan sa mga mananaliksik na mangolekta ng mahalagang real-time data tungkol sa epekto ng laser.

Step 1 – Prep the Material

Ang unang hakbang na ginawa ng mga mananaliksik ay ang pagdaan ng materyal sa isang photochemical process. Ang prosesong ito ay tumutulong upang pababain ang inhibition species sa materyal, na ginagawang mas madaling ma-manipula ng mga laser para sa molding at curing process. Dahil dito, ang karagdagang hakbang na ito ay nagbigay-daan sa mga mananaliksik na alisin ang paggamit ng dual femtosecond lasers.

Low-Cost Laser

Ang bagong proseso ay nagbigay-daan sa mga mananaliksik na gumamit ng mas murang opsyon para sa unang laser interactions. Inalis ng koponan ang isang femtosecond unit at pinalitan ito ng visible light option na nakipagtulungan sa high-powered device. Ang low-cost laser na ito ay ini-tune upang mak complement sa femtosecond laser nang hindi nagdadagdag ng interference.

Femtosecond Laser

Ang femtosecond laser na pinili para sa pagsubok ay isang 532 nm nanosecond (ns) pulsed fiber laser mula sa MPB Communications Inc. Ang aparato ay nagbibigay ng mataas na tunability, na nagpapahintulot sa koponan na subukan ang iba’t ibang repetition rates. Sa huli, napili nila ang 80 MHz repetition rate na may 1.2 ns pulse width.

Two-Laser Mirrors

Ang mga pulse ay karagdagang pinagsama gamit ang Nikon, NA = 1.49 100X oil immersion objective lens. Ang pamamaraang ito ay nag-integrate ng highly dispersive ultrafast mirrors mula sa Edmund Optics bilang paraan upang magsimula ng precompensation dispersion. Bukod pa rito, isang helium-neon (HeNe) laser ang ginamit upang matiyak ang katumpakan. Partikular, siniguro ng beam na ito na ang laser path ay repeatable.

A Balancing Act with Two-Laser

Ang precision na kinakailangan upang likhain ang bagong prosesong ito ay nagpilit sa mga inhinyero na bumuo ng bagong mathematical model. Ang modelong ito ay nagbigay-daan upang i-map ang photopolymerization reactions sa iba’t ibang estado. Noon, hiwalay na mga modelo ang ginagamit upang kalkulahin ang excited state at ang kasunod na polymerization kinetics ng laser.

Ang updated na modelo ay nagbigay-daan sa mga mananaliksik na eksaktong sukatin ang pinagsamang epekto ng two-photon at single-photon excitation processes sa real-time. Ang kakayahang ito ay nagbigay-daan sa koponan na tukuyin ang pinakamababang power consumption requirements para sa femtosecond laser upang magawa ang mga gawain nito nang hindi nawawala ang performance.

Two-Laser Testing

Pagkatapos nito, sinimulan ng mga mananaliksik ang pagsusuri ng kanilang likha sa iba’t ibang disenyo. Ang mga iba’t ibang 2d at 3d structures ay pinili dahil sa kanilang komplikasyon at sukat. Nais ng koponan na matiyak na ang kanilang aparato ay maaaring likhain sa micron scale. Dahil dito, ang unang mga item na kanilang prinint ay detalyadong woodpiles na may sukat na 25 × 25 × 10 μm.

Pinagmulan – Optica

Hindi tumigil ang koponan sa mga woodpiles. Nag-print din sila ng microscopic buckyball, isang chiral structure, at isang trefoil knot. Ang mga hugis na ito ay pinili dahil pinapakita nila ang iba’t ibang aspeto ng kanilang pananaliksik. Narito ang sinasabi ng mga resulta ng pagsusuri tungkol sa kanilang pagsisikap.

Results

Ipinakita ng mga resulta ng pagsusuri ang malaking pagbuti sa unit. Nakapag-print ang aparato ng lahat ng unit gamit ang 50% na mas kaunting power. Ang pagbawas ng power ay naabot sa maraming paraan. Una, binawasan ng mga mananaliksik ang femtosecond lasers mula sa isang 800 nm device pababa sa 530 nm laser. Ang pagbabagong ito ay nagdagdag ng kahusayan nang hindi binabawasan ang performance gamit ang bagong pamamaraan.

Dagdag pa rito, nagawang mag-produce ng bagong proseso ng katulad na resulta sa industry standard gamit ang mas kaunting materyal at oras. Partikular, ang single-photon absorption mula sa visible wavelength laser ay nagbawas ng inhibitor concentration habang nagbibigay ng katulad na resulta.

Easy Integration

Isa sa pinakamalaking benepisyo ng pag-aaral na ito ay ang madaling integrasyon ng bagong pamamaraan sa kasalukuyang mga metodo para sa minimal na gastos. Ang pamamaraang ito ay makatutulong upang bawasan ang gastos sa pamamagitan ng pag-alis ng pangangailangan para sa mga manufacturer na bumili ng bagong aparato. Sa halip, maaaring i-retrofit ang kanilang kasalukuyang setup upang magamit ang bagong low-cost na pamamaraan.

Two-Laser Applications

May ilang agarang aplikasyon para sa teknolohiyang ito. Ang additive manufacturing ay mas popular kaysa dati, at anumang paraan upang bawasan ang gastos at mapabuti ang performance ay tiyak na tatanggap ng suporta mula sa sektor. Narito ang ilang iba pang aplikasyon para sa teknolohiyang ito.

Micro Electronics/Robotics

Ang napakaliit na sukat kung saan maaaring mag-print ang mga aparatong ito ay ginagawang perpekto ang mga ito para sa microelectronics at robotics. Ang mga unit na ito ay kilalang mahirap buoin at naging mahalagang bahagi ng maraming industriya. Dahil dito, ang bagong proseso ng paggawa ay magpapadali sa paglikha at prototyping ng mga bagong istruktura para sa mga aparatong ito.

Biomedics

Ang pangangalagang pangkalusugan ay isa pang larangan kung saan ginagamit ang mga microstructures at device na ito. Ang maliliit na scaffolds at istruktura ay ngayon ginagamit para sa pag-engineer ng tissue at iba pang bio-robotic na device. Ang mga unit na ito ay tumutulong sa mga tao na makabawi mula sa mga pinsala nang mas mabilis at magkaroon ng mas pinabuting kalidad ng buhay.

Companies That Could Benefit from This Research Today

Maraming iba’t ibang kumpanya ang maaaring makinabang mula sa pananaliksik na ito sa mga darating na taon. Mula sa biomedics hanggang sa militar at industriyal na paggamit, ang mga micro additive manufacturing system ay maaaring makakita ng pinahusay na performance gamit ang bagong multi-color laser printing method. Narito ang ilang kumpanya na maaaring agad na i-integrate ang teknolohiyang ito at makita ang mga resulta.

1. Medtronic

(MDT )

Ang US-based na Medtronic ay isang global na lider sa larangan ng medical device. Itinatag ang manufacturer noong 1949 bilang isang medical repair facility. Ngayon, ang kumpanya ay may maraming patente sa medical technology at isa sa mga pinaka-kilalang pangalan sa industriya.

Ang Medtronic ay isang pioneer sa industriya ng pacemaker at isa sa mga unang nag-patente ng implantable device. Mula noon, nanatili itong dominanteng puwersa sa merkado, patuloy na nag-iintroduce ng bagong teknolohiya upang mapabuti ang buhay ng mga pasyente. Ang integrasyon ng two-color laser printing method ay magpapabuti nang malaki sa kanilang mga alok sa pamamagitan ng pagpapababa ng laki ng kanilang mga device.

Ang Medtronic ay isa sa pinaka-matagumpay na manufacturer ng medical device sa buong mundo. Noong 2024, nakamit ng kumpanya ang $32B na kita. Ngayon, ang patuloy nitong inobasyon at posisyon ay ginagawa itong ideal na karagdagan sa anumang portfolio.

2. Abbott Laboratories

(ABT )

Ang Abbott Laboratories ay itinatag noong 1888. Naitatag ito sa Illinois at mabilis na lumago upang maging isa sa pinaka-kilalang pangalan sa industriya. Nag-aalok ang Abbott Laboratories ng iba’t ibang produkto, kabilang ang pharmaceutical drugs, medical devices, dietary supplements, at nutritional supplements.

Ang mga produkto ng Abbott Laboratories ay sumasaklaw sa maraming sektor ng medikal na industriya. Partikular, kilala sila para sa kanilang cardiovascular, diagnostics, diabetes, at neuromodulation na mga alok. Bukod pa rito, pinamamahalaan nila ang ilang napakapopular na subsidiary tulad ng Pedialyte at Similac, na nangunguna sa paggawa ng baby formula.

Ang performance ng stock ng Abbott Laboratories ay patuloy na tumataas. Ang kombinasyon ng medical devices at nutritional offerings ng kumpanya ay nagiging matibay na “hold” para sa anumang trader. Ang hinaharap ay maliwanag para sa kumpanyang ito na ngayon ay may mahalagang papel sa pagbibigay ng heart healthcare devices sa buong mundo.

Future

Kaunting industriya lamang ang nakaranas ng ganitong inobasyon tulad ng additive manufacturing market. Ang pinakabagong pag-unlad na ito ay makatutulong upang itulak ang paggamit ng mga aparatong ito sa miniature robotics at electronic devices tulad ng wearables. Sa hinaharap, ang microwearables at implantable medical devices ay magkakaroon ng mas sentral na papel sa industriya. Narito ang ilang iba pang kamakailang pag-unlad sa 3d printing na maaaring magpabilis ng pag-aadopt.

Space Printers

May mga kamakailang pag-unlad sa sektor ng space printing. Ang mga unit na ito ay naiiba sa mga katulad na aparato sa lupa dahil kailangan nilang mag-print ng mga layer nang walang tulong ng gravity. Hindi madaling magawa ito dahil lahat ng kasalukuyang pamamaraan ay nangangailangan ng layering approach.

Nagawa ng mga mananaliksik na lampasan ang mga isyung ito gamit ang masalimuot na matematika at sa pamamagitan ng pag-enclose ng aparato. Ang enclosure ay nagsisilbing maraming layunin kabilang ang pagprotekta sa mga astronaut mula sa nakamamatay na usok o iba pang insidente na maaaring magbanta sa napaka-sensitibong atmospera ng spacecraft.

AI Printers

Ang AI 3d printers ay nagiging mas karaniwan. Ang integrasyon ng advanced AI algorithms ay nagdudulot ng malawak na epekto sa halos lahat ng tech industry. Sa hinaharap, magagawa mong mag-request ng 3D prints sa pamamagitan lamang ng chat o boses.

Patuloy na nagbibigay ang AI ng streamline na paraan para malampasan ng mga tao ang mga teknikal na hadlang. Dahil dito, itinuturing ito ng marami bilang isa sa pinakamahalagang pag-unlad sa merkado. Sa hinaharap, ang AI 3d printing stations at iba pang serbisyo ay magiging pangkaraniwan. Sa ngayon, patuloy na pinapasimple ng teknolohiyang ito ang pakikipag-ugnayan at inaalis ang mga teknikal na balakid para sa mga bagong gumagamit.

Self Repairing Robots

Isa pang sci-fi na senaryo na nagiging realidad ay ang self-repairing robots. Hindi nagtagal bago nakalikha ang mga mananaliksik ng 3D printer na maaaring mag-print ng lahat ng bahagi na kailangan nito upang gumana. Ngayon, ang parehong konsepto ay ilalapat sa robotics. Ang mga self-healing at self-repairing na robot ay tutulong sa lipunan sa hinaharap, gagawa ng mga mahihirap na gawain at trabaho na hindi kayang gawin ng karaniwang tao.

Two-Color Laser Printing is a Major Upgrade

Ang gawaing ito ng mga mananaliksik ay magkakaroon ng malawak na epekto sa industriya ng 3d printing sa hinaharap. Asahan mong makakakita ng mas maraming micro-robotics at electronic devices na gumagamit ng metodong ito bilang paraan upang bawasan ang gastos at mapabuti ang resulta. Dahil dito, nailatag ng koponang ito ang pundasyon para sa isang bagong panahon sa micro-additive manufacturing.

Alamin ang iba pang magagandang proyekto sa additive manufacturing ngayon.