Скоростной фотополимерный 3D-принтер работает по технологии HARP

Исследователи из лаборатории Северо-Западного университета (Northwestern University Lab) профессор Чад Миркин (Chad Mirkin) и его помощники Давид Волкер (David Walker) и Джеймс Хедрик (James Hedrick) запатентовали технологию HARP (High-area rapid printing) - высокопроизводительной стереолитографической 3D-печати с использованием принудительного охлаждения рабочего фотополимера. Созданная ими компания Azul 3D представила работающий по этой технологии фотополимерный крупноформатный 3D-принтер высотой 4 метра и рабочей площадью 0,23 кв. м, печатающий с производительностью до ста литров в час или скоростью до 0,5 метра в час в высоту. Это рекордная скорость для 3D-печати. Размер пикселя составляет 100 микрон, что позволяет получать детализацию хорошего качества на уровне 300 мкм.

Принтер, полный вперед!

HARP использует новую, запатентованную версию стереолитографии – тип 3D-печати, который преобразует жидкий пластик в твердые объекты. Принтер печатает вертикально и использует проецируемый ультрафиолетовый свет для отверждения жидких смол в пластик на поднимающейся вверх пластине. Этот процесс позволяет печатать изделия, которые являются твердыми, эластичными или даже керамическими, в зависимости от исходных компонентов. Эти печатаемые детали механически более прочны, в отличие от слоистых структур, получаемых при других технологиях послойной 3D-печати. 

Основным ограничивающим фактором для современных 3D-принтеров является то, что процесс печати является эндотермическим, т.е. идет с выделением тепла. 3D-принтер, использующий материал на основе смол, генерирует много тепла при работе на высоких скоростях, иногда более 180°C. Это не только вызывает нагревание рабочей поверхности, но и может привести к тому, что печатные детали трескаются и деформируются. Чем выше скорость печати, тем больше тепла вырабатывает принтер.

Технология HARP обходит эту проблему, используя антипригарную охлаждающую жидкость, которая ведет себя как жидкий тефлон. 

«Наша технология генерирует тепло так же, как и другие», - сказал Миркин. - Но у нас есть интерфейс, который удаляет тепло. Интерфейс также является антипригарным покрытием, которое удерживает смолу от прилипания к столу. Это позволяет увеличить скорость принтера в сто раз, потому что детали не должны быть повторно отколоты от нижней части печатной ванны».

В 3D-принтере используется подвижный охлаждающий слой фторированного масла. По краям рабочей ванны расположены входные и выходные коллекторы, обеспечивающие равномерное движение охлаждающего слоя без завихрений или смешивания с фотополимером. Это обеспечивает контактное охлаждение фотополимера по всей площади печати, а также создает тончайший зазор для обеспечения быстрого и непрерывного подъема платформы с печатаемой моделью. Циркулирующая охлаждающая жидкость фильтруется для удаления микрочастиц, предотвращая замутнение фотополимера. Затем она охлаждается в холодильном агрегате.

Прощай, склад!

Современные методы производства могут быть громоздкими процессами. Они часто требуют изготовления заранее разработанных пресс-форм, которые являются дорогими, статичными и занимают много места для хранения. Используя пресс-формы, производители печатают детали впрок — часто угадывая, сколько им может понадобиться, и хранят их на гигантских складах.

Современная 3D-печать постепенно переходит от прототипирования к производству, но нынешние размеры и скорость 3D-принтеров ограничивали их возможности. HARP – это первый фотополимерный принтер, который может обрабатывать большие партии и большие детали.

«Когда вы можете печатать быстро и крупные изделия, это действительно может изменить то, что мы думаем о производстве», - сказал Миркин. - С помощью принтера вы можете построить все, что хотите, без пресс-форм и без склада, полного деталей. Вы можете напечатать все, что вы можете себе представить по требованию».

Самый большой и экономичный

В то время как другие технологии фотополимерной печати замедлили скорость или уменьшили разрешение печати, чтобы не достигать перегрева во время работы, HARP просто снял все ограничения.

HARP относится к классу 3D-принтеров, которые используют световое паттернирование высокого разрешения для достижения готовых к использованию деталей без обширной постобработки. В результате получается экономически выгодное производство потребительских товаров.

Источники: Azul 3D, Northwestern University Lab