Yeni İki-Lazer Teknikleriyle 3D Baskı Erişilebilirliği Artıyor, Maliyetleri Düşürmeye Hazır

Purdue Üniversitesi araştırmacıları, yüksek çözünürlüklü 3D baskıda femtosaniye lazerin gereken gücünü azaltabilecek iki renkli bir yöntem geliştirdi. Optics Express’te yayımlanan çalışma, iki fotonlu polimerizasyonu görünür ışıklı ikinci bir lazerle destekliyor.

Günümüz Katmanlı Üretim Süreçleri

Katmanlı üretim, farklı malzeme ve ölçeklerde karmaşık yapılar oluşturmayı sağlıyor. Kullanılan yöntemler uygulamaya göre değişiyor.

Malzeme Ekstrüzyonu

Malzeme ekstrüzyonunda termoplastik filament ısıtılan bir nozülden geçirilerek katmanlar halinde biriktirilir. Yaygın bir yöntemdir, ancak ilk 3D baskı teknolojisi değildir.

Toz Yatağı

Toz tabanlı yöntemler tek bir süreç değildir. Toz yatağı füzyonunda enerji kaynağı parçacıkları birleştirirken, bağlayıcı püskürtmede sıvı bağlayıcı uygulanır. Son işlemler ve kullanılabilecek malzemeler yönteme göre değişir.

Eriyik biriktirme ve fotopolimerizasyon

Eriyik biriktirme, filamentin ekstrüzyonla uygulanmasına dayanır ve normalde lazerle şekillendirme gerektirmez. Stereolitografi gibi yöntemler ise ışığa duyarlı reçineyi ışıkla sertleştirir. Bunlar farklı üretim süreçleridir.

İki-foton Polimerizasyonu (TPP)

İki fotonlu polimerizasyon (TPP), odaklanmış femtosaniye lazer darbeleriyle ışığa duyarlı malzemede çok küçük üç boyutlu yapılar üretir. “İki foton”, zorunlu olarak iki ayrı femtosaniye lazer kullanılması anlamına gelmez.

Bu Yaklaşımla İlgili Sorunlar

Yüksek güçlü femtosaniye lazerlerin maliyeti ve hassas optik düzenek gereksinimi, TPP’nin yaygınlaşmasını sınırlayabilir. Araştırmacılar gereken lazer gücünü azaltmayı hedefledi.

Araştırmacılar

Xianfan Xu liderliğindeki Purdue ekibi, tek fotonlu ve iki fotonlu uyarımı birleştiren bir düzen geliştirdi. Amaç, baskı performansını korurken femtosaniye lazerin güç gereksinimini düşürmekti.

İki-Lazer Çalışması

“Femtosaniye lazer baskı gücünü azaltmak için iki renkli 3D baskı” başlıklı çalışma, 800 nm femtosaniye lazeri 532 nm nanosaniye lazerle birleştiriyor. Görünür ışık, fotokimyasal ortamı değiştirerek baskı için gereken femtosaniye lazer gücünü azaltıyor.

Adım 1 – Malzemeyi Hazırlama

Görünür ışığın tek fotonlu soğurulması, polimerizasyonu engelleyen türlerin yoğunluğunu azaltmaya yardımcı oluyor. Bu, malzemeyi mekanik olarak yumuşatmaktan farklı bir fotokimyasal etkidir.

Düşük Maliyetli Lazer

Daha düşük maliyetli görünür ışık lazeri, femtosaniye lazerin yerini tamamen almıyor; ona destek oluyor. Araştırmada iki femtosaniye lazerden birinin çıkarılması değil, femtosaniye lazerin tek başına kullanıldığı duruma göre iyileştirme incelendi.

İki lazerin özellikleri

Deneyde 800 nm femtosaniye lazer ve MPB Communications üretimi 532 nm nanosaniye darbeli lazer kullanıldı. 80 MHz tekrar hızı ve 1,2 ns darbe süresi ikinci lazere aitti. Nanosaniye lazeri femtosaniye lazer olarak tanımlamak doğru değildir.

İki-Lazer Aynaları

Işınlar Nikon 100×, NA = 1,49 yağ immersiyon objektifiyle odaklandı. Optik düzende darbe yayılımını düzenleyen aynalar kullanıldı. Helyum-neon lazer, ışık yolunun hizalanmasını destekledi.

İki-Lazerle Dengeleme

Güncellenen fotokimyasal model, tek fotonlu ve iki fotonlu uyarımın polimerizasyon üzerindeki ortak etkisini incelemeyi sağladı. Böylece femtosaniye lazerin baskı eşiğini hangi süreçlerin etkilediği değerlendirildi.

İki-Lazer Testi

Ekip, mikrometre ölçeğinde çeşitli iki ve üç boyutlu yapılar bastı. Bunlar arasında yaklaşık 25 × 25 × 10 μm boyutunda, üst üste dizilmiş çubuklardan oluşan kafesler bulunuyordu.

Kaynak: Optica

Ayrıca mikroskobik küresel kafes, kiral yapı ve üç yapraklı düğüm gibi karmaşık geometriler üretildi. Bunlar yöntemin farklı şekillerde çalışabildiğini göstermek için kullanıldı.

Sonuçlar

Yöntem, femtosaniye lazerin gerekli baskı gücünü tek başına kullanıldığı duruma göre yüzde 50’ye kadar azalttı. Bu, sistemin toplam elektrik tüketiminin mutlaka yarıya indiği anlamına gelmez. 800 nm lazerin 530 nm lazerle değiştirilmesi de söz konusu değildi; 532 nm nanosaniye lazer ikinci kaynak olarak eklendi.

Kolay Entegrasyon

Mevcut TPP düzeneklerine görünür ışık kaynağı eklemek, bazı kurulumlarda daha düşük güçlü femtosaniye lazer kullanımını veya daha yüksek verimi mümkün kılabilir. Uygulama maliyeti ve uyumluluk her düzenek için değerlendirilmelidir.

İki-Lazer Uygulamaları

Yüksek çözünürlüklü baskının maliyetini düşürmek, küçük ölçekli yapıların araştırılmasını ve üretimini kolaylaştırabilir. Olası uygulamalar aşağıdaki alanları içerir.

Mikro Elektronik/Robotik

Mikrorobotik ve mikroelektronik için karmaşık küçük yapıların prototiplenmesi olası kullanım alanlarıdır. Üretilen polimer yapının iletkenlik veya başka işlevler kazanması ek işlemler gerektirebilir.

Biyomedikal

Biyomedikal araştırmalarda doku iskeleleri ve küçük cihaz bileşenleri üretilebilir. Bu çalışmanın kendisi hastalarda daha hızlı iyileşme veya klinik yarar göstermedi.

Bu araştırmadan yararlanabilecek şirketler

Tıbbi cihaz ve ileri üretim şirketleri benzer teknikleri değerlendirebilir. Aşağıdaki örnekler yöntemin şirketlerce hemen benimsendiğini veya gelir artışı sağlayacağını göstermez.

1. Medtronic

MDT Fiyat Grafiği

Medtronic, 1949’da bir tıbbi cihaz onarım işi olarak kuruldu. ABD’de önemli operasyonları bulunan küresel tıbbi cihaz şirketinin hukuki merkezi İrlanda’dadır.

Şirket, kalp pili ve başka implant edilebilir cihazlar alanında uzun bir geçmişe sahiptir. Yeni mikroüretim yöntemleri bazı tasarımları destekleyebilir, ancak bu araştırmanın Medtronic ürünlerine entegre edildiği gösterilmiş değildir.

Medtronic, 2024 mali yılında yaklaşık 32 milyar dolar gelir bildirdi. Büyüklüğü ve yenilikleri, hissesinin her portföy için uygun veya getirilerinin garantili olduğu anlamına gelmez.

2. Abbott Laboratories

ABT Fiyat Grafiği

Abbott Laboratories (ABT ) 1888’de kurulan bir sağlık ürünleri şirketidir. Tıbbi cihazlar, tanı, beslenme ve ilaçlar dahil çeşitli alanlarda faaliyet gösterir.

Abbott’un ürünleri arasında kalp ve damar cihazları, diyabet takibi ve nöromodülasyon çözümleri bulunur. Pedialyte ve Similac ayrı iştirakler değil, şirketin beslenme markalarıdır; Pedialyte bir bebek maması markası değildir.

Abbott’un yatırım açısından değerlendirilmesi, ürün talebi, rekabet, maliyetler ve finansal sonuçları dikkate almalıdır. Tıbbi cihaz ve beslenme portföyü, hisse performansını tek başına belirlemez.

Gelecek

Katmanlı üretimdeki ilerlemeler, mikroölçekli yapı ve cihazların geliştirilmesini destekleyebilir. Giyilebilir veya implant edilebilir uygulamalarda malzeme uygunluğu, güvenlik ve üretim doğrulaması ayrıca önem taşır.

Uzay Yazıcıları

Uzayda baskı alanında da gelişmeler yaşanıyor. Mikrogravite, malzemenin davranışını ve üretim kontrolünü etkileyebilir. Kapalı baskı sistemleri, ısı ve dumanın istasyon ortamına yayılmasını önlemek gibi güvenlik görevleri de üstlenir.

Yapay zekâ destekli yazıcılar

Yapay zekâ, tasarım hazırlığı, süreç ayarı ve kullanıcı etkileşimini destekleyebilir. Ses veya sohbet yoluyla komut verme olası bir arayüzdür; güvenilir üretim için teknik doğrulama gereksinimini ortadan kaldırmaz.

Kendini Onaran Robotlar

Kendini onaran robotlar ve bazı parçalarını üretebilen sistemler araştırma konularıdır. Bir yazıcının bazı bileşenlerini basabilmesi, bütün parçalarını veya elektroniğini kendi kendine üretebildiği anlamına gelmez. Tam otonom onarım için önemli teknik sorunlar devam eder.

İki Renkli Lazer Baskı Önemli Bir Yükseltme

İki renkli yöntem, yüksek çözünürlüklü baskının güç gereksinimini azaltmak için umut verici bir yaklaşım sunuyor. Daha geniş kullanım için hız, maliyet, malzeme uyumu ve üretim güvenilirliği üzerine çalışmalar gerekiyor.

Diğer harika katmanlı imalat projelerini şimdi öğrenin.