Sandia National Laboratories

Petkrat hitrejše tiskanje močnejših materialov.

3D tehnologija je spremenila svet. V letalski, medicinski, avtomobilski, proizvodnji in številnih drugih panogah je omogočila prilagajanje delov in prototipov na načine, ki jih prej niso mogli narediti.

Drastično je povečala prilagodljivost in stroškovno učinkovitost, hkrati pa zmanjšala količino odpadkov in skrajšala čas proizvodnje. Vendar pa številni materiali, natisnjeni s 3D-tiskalnikom, niso najmočnejši. Ekipa kemikov in strokovnjakov za materiale v Sandii upa, da bo to spremenila.

Razvili so nov postopek tiskanja, ki v rekordnem času, petkrat hitreje kot pri običajnem 3D-tiskanju, omogoča tiskanje močnejših nekovinskih materialov.

„To odpira povsem nov svet, kaj lahko zgradite in za kaj lahko uporabite 3D materiale,“ je dejal znanstvenik za materiale Samuel Leguizamon.

Vodil je ekipo, ki je razvila program SWOMP, kar pomeni Selective Dual-Wavelength Olefin Metathesis 3D-Printing. Kot je razvidno iz imena, za razliko od tradicionalnega postopka tiskanja, uporablja svetlobo z dvojno valovno dolžino.

Kako deluje 3D tiskanje v kadi
Tradicionalno se 3D-tiskanje v kadi izvaja z obsevanjem kadi s svetlobno občutljivo tekočo smolo po želenem vzorcu. Ko je smola izpostavljena svetlobi izpod posode, se najprej zgosti in kasneje otrdi v polimerno plast. Strjeni polimer se nato dvigne, pod njim pa se projicira nov vzorec za strjevanje naslednjih slojev.

Navedimo enega od izzivov: ko se polimer strjuje, se prilepi na prejšnjo plast in na dno posode. Po vsaki plasti je treba strjeni polimer počasi odstraniti iz kadi, da se preprečijo poškodbe, kar znatno upočasni postopek 3D tiskanja.

Soustvarjalka Leah Appelhans je dejala, da je to nekako tako kot peka piškotov. „Ko jih spečeš, jih moraš pustiti, da se ohladijo. Če poskušaš topel piškotek odlepiti s pekača, je gnetljiv in razpade. Enako bi se zgodilo s 3D objektom, če bi poskušali hitro natisniti vsako plast. Vaše delo bi se deformiralo.“

Samuel, Leah, nekdanji Sandian Jeff Foster in znanstvenik na področju polimerov Alex Commisso so se domislili načina za hitrejše ohlajanje „piškotkov“.
UV in modra svetloba
Ključno je združevanje dveh svetlob. V tem primeru ultravijolične in modre svetlobe.

Ekipa se je zgledovala po tehniki, znani kot neprekinjeno tiskanje tekočega vmesnika, skupaj s pristopom tiskanja z uporabo svetlobe dveh valovnih dolžin za polimerizacijo na osnovi akrila.

Z njim so ustvarili SWOMP.

„Še vedno tiskate plast za plastjo, vendar uporabljate drugo valovno dolžino svetlobe, da preprečite polimerizacijo na dnu kadi. Tako se polimer ne prilepi na dno,“ je dejal Samuel. „To pomeni, da lahko hitreje dvignete strjeni polimerni del in znatno pospešite postopek tiskanja.“

Kako narediti 3D materiale trdnejše
Vendar ta novi postopek ni namenjen samo učinkovitosti. Gre za to, da so materiali, natisnjeni s 3D tiskalnikom, trdnejši in bolj vsestranski. Večina materialov, natisnjenih s polimerizacijo v kadi, je na osnovi akrila, ki ni najtrdnejši material.

„Te materiale je zelo težko uporabljati v letalstvu, vesolju, letalski in avtomobilski industriji. To so zelo zahtevna okolja,“ je dejal Bob Sleeper, vodja podjetja Sandia, ki se ukvarja z licenciranjem.

Ekipa je uporabila snov diciklopentadien, ki se pogosto uporablja v proizvodnji barv, lakov in zaviralcev gorenja za plastiko. Uspelo jim je razviti način, kako ga hitreje polimerizirati s svetlobo, da bi ga lahko učinkoviteje uporabili pri 3D-tiskanju.

„Gradnike materialov smo zamenjali in prešli iz akrilnih na olefinske,“ je dejal Samuel. „To nam omogoča tiskanje materialov, ki so veliko trši.“

„V tem je lepota tega, kar počnejo,“ je dejal Bob. „Imamo zelo kakovostne plastične dele, ki so zelo natančno izdelani z uporabo svetlobe na zelo nov način.“

Odpiranje novega sveta 3D tiskanja
Ta ekipa upa, da bo njihov novi postopek tiskanja odprl svet 3D tiskanja.

Projekt je bil sprva financiran v okviru hitrega trimesečnega programa Exploratory Express, zdaj pa ga financira program Sandia za tehnološko zorenje.

„Poskušamo ustvariti zbirko orodij, ki so na voljo,“ je dejala Leah. „Želimo, da bi oblikovalci, raziskovalci in inženirji lahko izbrali vrsto materiala, ki ga želijo uporabiti.“

Upajo, da bodo nekoč ti 3D-natisnjeni deli uporabljeni v raketah, motorjih, baterijah, morda celo v fuzijskih aplikacijah. Samuel je dejal, da se že pogovarjajo z raziskovalci v nacionalnem laboratoriju Lawrence Livermore, da bi raziskali možnosti uporabe. „Izkazalo se je, da se monomeri že uporabljajo v fuzijskih komponentah. Običajno ne pomislite na polimer, ki se uporablja v fuziji, vendar je to res vznemirljiv potencial.“

Ekipa vidi tudi svet, v katerem bo 3D tiskanje lažje potekalo na oddaljenih območjih. „Razmišljamo o lokacijah, kjer stroji in deli niso zlahka na voljo, na primer v vesolju, na Luni ali na Bližnjem vzhodu v ameriški vojaški bazi,“ je dejal Bob. „S seboj lahko prinesete nekaj lahkih materialov in na kraju samem izdelate, kar potrebujete.“

Samuel, ki je odraščal v majhnem mestu Wagener v Južni Karolini, razmišlja tudi o aplikacijah, ki bi lahko pomagale bližje domu.

„Imam konje. Odraščal sem na podeželju, moj oče je bil kovač, zato razmišljam o tem, kako bi izdelal podkve za dirkalne konje. Biti morajo odporne na udarce, vendar lahko s spreminjanjem lastnosti materiala bolje razporedimo obremenitve in udarimo na pravo mesto na kopitu. Lahko si to predstavljamo kot vložke za konje.“ Možnosti so neskončne.

„Mislim, da me je pri kemiji najprej pritegnila možnost, da ustvarim nekaj, kar še nikoli ni obstajalo,“ je dejala Lea. „Pri 3D tiskanju je zabavno to, da kemijsko znanje uporabiš za nekaj, kar ima zelo konkreten rezultat. Nekaj, kar lahko vidiš in držiš v rokah.“

Povzeto po:
https://www.sandia.gov/labnews/2024/03/07/propelling-3d-printing-into-the-future/

https://www.sandia.gov

The post Pospeševanje 3D tiskanja v prihodnosti appeared first on Svet mehatronike.

Engineering Berkeley
Raziskovalci z Berkeleyja so v vesolje poslali 3D tiskalnik. SpaceCAL na misiji Virgin Galactic 07 preizkuša meje aditivne proizvodnje.

Vesoljska posadka 140 milijonov kilometrov od Zemlje odkrije, da ima njihovo vesoljsko plovilo razpokan tesnilni obroč. Toda kaj če bi lahko namesto na vse manjšo zalogo rezervnih delov preprosto izdelali katerikoli del, ki ga potrebujejo na zahtevo?

Skupina raziskovalcev z Berkeleyja pod vodstvom doktorskega študenta Taylorja Waddella je morda naredila velik korak k uresničitvi te možnosti. 8. junija so v okviru misije Virgin Galactic 07 v vesolje prvič poslali svojo tehnologijo 3D tiskanja. Njihov tiskalnik naslednje generacije v mikrogravitaciji – imenovan SpaceCAL – je na krovu vesoljskega letala VSS Unity preživel 140 sekund v suborbitalnem prostoru. V tem kratkem času je samostojno natisnil in naknadno obdelal skupno štiri testne dele, vključno z vesoljskimi raketoplani in figuricami iz tekoče plastike, imenovane PEGDA.
„SpaceCAL se je v preteklih testih na paraboličnih poletih dobro odrezal v pogojih mikrogravitacije, vendar je bilo treba še nekaj dokazati,“ je dejal Waddell.„ Ta zadnja misija, financirana iz Nasinega programa Flight Opportunities [1] ter ob podpori Berkeley Engineering in vesoljskega centra Berkeley, nam je omogočila, da smo potrdili pripravljenost te tehnologije 3D tiskanja za potovanja v vesolje.“

Dodal je: „Upamo, da ga bomo nekoč lahko uporabljali za izdelavo vsega, od delov in orodij za vesoljska plovila do novih kontaktnih leč in zobnih kron za člane posadke.“

3D tiskanje, znano tudi kot aditivna proizvodnja, se je od svojega prvega patentiranja v 80. letih prejšnjega stoletja precej razvilo. Hayden Taylor, izredni profesor strojništva, je leta 2017 vodil skupino raziskovalcev univerze Berkeley and Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL), ki je izumila tehnologijo CAL (Computed Axial Lithography). Ta nova vrsta aditivne proizvodnje, ki za oblikovanje trdnih predmetov iz viskozne tekočine uporablja svetlobo, je razširila nabor geometrij, ki jih je mogoče natisniti, in znatno povečala hitrost tiskanja 3D-delov. Poleg tega je dobro delovala tudi v pogojih mikrogravitacije, kar je odprlo vrata aplikacijam, povezanim z raziskovanjem vesolja.

Tehnologija CAL je tudi tisto, kar je Waddella pripeljalo na Berkeley, kjer je doktoriral iz strojništva. Kot dodiplomski študent na Univerzi Wisconsin v Madisonu in inženir na poti pri Nasi je Waddella očaralo 3D tiskanje – od njegove navidezno čarobne sposobnosti, da idejo pretvori v fizično obliko, do njegove cenovne dostopnosti in dosegljivosti.

Ko je izvedel za CAL, se je obrnil na Taylorja in se kmalu znašel na Berkeleyju. Tam je preživel nešteto ur v Taylorjevem laboratoriju, kjer je skupaj z drugimi študenti raziskovalci iskal nove načine, kako to tehnologijo izkoristiti za večje dobro.

Doseganje novih višin
CAL se razlikuje od drugih tehnologij 3D tiskanja zaradi svoje neverjetne hitrosti – dele ustvari že v 20 sekundah – in učinkovitosti. Ker omogoča astronavtom hitro tiskanje delov v nujnih primerih in na zahtevo, CAL potencialno odpravlja potrebo po tem, da bi na dolgotrajne vesoljske misije vzeli na tisoče rezervnih delov.

„Z uporabo proizvodnih tehnologij lahko zmanjšate maso, pospešite izvajanje misij in zmanjšate tveganje,“ je dejal Waddell.

Poleg tega edinstvena zmožnost CAL-a je to, da dobro tiska v pogojih mikrogravitacije in s tem inženirjem omogoča raziskovanje meja 3D-tiskanja v vesolju.

„S programom CAL nam je uspelo dokazati – najprej na misijah z ničelno gravitacijo in zdaj na tem poletu – da lahko v mikrogravitaciji natisnemo dele, ki jih na Zemlji ni mogoče natisniti,“ je dejal Waddell.

Slika: Figurica raketoplana, ki jo je natisnil SpaceCAL, lebdi v mikrogravitaciji, v celoti naknadno obdelana. (Slika: Taylor Waddell)

Do zdaj je podjetje CAL dokazalo, da lahko uspešno tiska z več kot 60 različnimi materiali na Zemlji, kot so silikoni, stekleni kompoziti in biomateriali. Waddell meni, da bi ta vsestranskost lahko prišla prav tako v kabini kot pri posadki.

„Če se vaše vesoljsko plovilo pokvari, lahko natisnete O-obročke, mehanske nosilce ali celo orodja,“ je dejal. „Toda CAL lahko pokrpa tudi posadko. Natisnemo lahko zobne nadomestke, kožne vsadke ali leče in stvari, prilagojene v nujni medicini za astronavte, kar je zelo pomembno tudi pri teh misijah.“

„Na vesoljski postaji bodo v bistvu izvajali biotiskanje,“ je dejal Waddell. „Dolgoročni cilj pa je, da bi v vesolju natisnili organe s programom CAL in jih nato prenesli nazaj na Zemljo.“

Waddell in njegovi sodelavci upajo, da bodo z Naso začeli sodelovati pri razvoju in potrditvi posameznega predmeta, ki bi lahko podpiral zdravje in dobro počutje posadke, na primer zobne krone za astronavta ali orodja za zapiranje kirurških ran.

„Ti poskusi so resnično osredotočeni na spodbujanje tehnologije za izboljšanje položaja vseh,“ je dejal Waddell. „Čeprav so namenjeni za vesolje, se vedno najde veliko načinov, kako lahko koristijo ljudem tukaj na Zemlji.“

To je tudi vrsta tehnologije, ki jo vesoljski center Berkeley [2] namerava razviti v svojem novem 36 hektarjev velikem kampusu, ki je trenutno v razvoju. Vesoljski center Berkeley bo dom za inovacije in podjetništvo, kjer bodo združene tehnologije, ki jih bosta razvili NASA in univerza Berkeley ter jih bo tržila zasebna industrija. „Predstavljajte si kraj, kjer lahko zasebna podjetja prevzamejo izume, kakršne je ustvaril Taylor Waddell, in omogočijo, da se ta pomembna odkritja iz laboratorija preselijo v javnost,“ je dejal Darek DeFreece, častni regent Univerze Kalifornija in vodja prizadevanj univerze Berkeley za razvoj vesoljskega centra Berkeley. „Veselili smo se, ko smo opazovali zgodovinski polet družbe Virgin Galactic 07.“

Vesoljska misija 8. junija je bila v marsičem vrhunec dolgoletnih raziskav vseh študentov v laboratoriju Haydena Taylorja za proizvodnjo na nano ravni. Skupaj so premikali meje razmeroma nove tehnologije in ugotavljali, kaj vse je mogoče.

„Ta projekt temelji na ekipi mnogih, mnogih ljudi,“ je dejal Waddell, vključno s študenti raziskovalci Dillonom Balkom, Skyler Chanom, Seanom Chuom, Brianom Chungom, Ameero Elgonemy, Jacobom Gottesmanom, Anthonyjem Moodyjem, Jakom Nicklom, Dylanom Potterjem, Austinom Portinausom, Anusrijem Sreenathom in Audrey Young.

Ta projekt je bil mogoč s pomočjo 1,4 milijona dolarjev nepovratnih sredstev in inženirske podpore, ki jo je zagotovila NASA. Poleg tega je imelo podjetje Virgin Galactic ključno vlogo pri prenosu tega projekta na naslednjo raven.
„Ekipa podjetja Virgin Galactic nam je pomagala na vsakem koraku, zlasti med tednom priprav na izstrelitev rakete,“ je dejal Waddell. „Veliko je bilo odličnih inženirjev in strastnih ljudi, ki so želeli poskrbeti za naš uspeh.“
1: https://www.nasa.gov/stmd-flight-opportunities/
2: https://spacecenter.berkeley.edu/home

The post 3D tisk gre v vesolje appeared first on Svet mehatronike.

Solid World d.o.o.
V današnjem hitro spreminjajočem se poslovnem okolju, kjer je konkurenca vedno večja, podjetja iščejo nove načine za optimizacijo svojih procesov in zmanjšanje stroškov.

Ena izmed tehnologij, ki se je v zadnjih letih izkazala kot izjemno učinkovita pri doseganju teh ciljev, je 3D tisk.

3d tisk – več kot samo prototipiranje
Čeprav je bil 3D tisk sprva znan predvsem kot orodje za hitro prototipiranje, se njegova uporaba danes razširja na številna druga področja. Od proizvodnje individualiziranih izdelkov do izdelave rezervnih delov, 3D tisk ponuja številne prednosti, ki lahko podjetjem prinesejo znatne prihranke.

Ključne prednosti 3D tiska za optimizacijo stroškov podjetij:
Manjše zaloge:s 3D tiskom lahko podjetja proizvajajo izdelke po naročilu, kar zmanjša potrebo po velikih zalogah. To ne le zmanjša stroške skladiščenja, ampak tudi zmanjša tveganje zastarelosti izdelkov.
Hitrejši čas proizvodnje: 3D tisk omogoča hitro izdelavo prototipov in končnih izdelkov, kar skrajša čas uvedbe novih izdelkov na trg in poveča agilnost podjetja.
Prilagojeni izdelki: 3D tisk omogoča izdelavo kompleksnih geometrij in prilagojenih izdelkov, kar odpira nove možnosti za personalizacijo izdelkov in izpolnjevanje specifičnih potreb strank.
Manjši stroški orodja:za tradicionalno proizvodnjo so potrebna draga orodja, kot so kalupi in matrice. 3D tisk te stroške znatno zmanjša, saj so za izdelavo novega izdelka potrebni le digitalni modeli.

Lights Out proizvodnja: avtomatizacija za večjo učinkovitost
Eden od ključnih konceptov, povezanih s 3D tiskom, je »lights out« proizvodnja. To pomeni, da proizvodni proces poteka popolnoma avtomatizirano, brez potrebe po človeški intervenciji. 3D tiskalniki lahko delujejo neprekinjeno, tudi ponoči in ob vikendih, kar poveča produktivnost in zmanjša stroške dela.

Pritegnite kvalificirane kadre s sodobno tehnologijo
V današnjem času je pridobivanje kvalificiranih kadrov velik izziv za številna podjetja, saj mladi in izkušeni strokovnjaki iščejo zaposlitve, ki jim omogočajo delo s sodobno tehnologijo in možnost osebnega razvoja.

3D tisk je v tem smislu privlačen za zaposlene, ker predstavlja inovativno tehnologijo, ki se hitro razvija, ponuja velike možnosti za učenje in razvoj zaradi svoje relativne novosti ter omogoča izdelavo kompleksnih geometrij in edinstvenih izdelkov, kar zaposlenim omogoča izražanje njihove kreativnosti.

Zaključek
3D tisk predstavlja revolucionarno tehnologijo, ki lahko podjetjem pomaga optimizirati stroške, povečati produktivnost in pritegniti kvalificirane kadre. S pomočjo 3D tiska lahko podjetja postanejo bolj agilna, fleksibilna in konkurenčna na globalnem trgu.

www.solidworld.si

The post 3D tisk: ključ do optimizacije stroškov in prihodnosti proizvodnje appeared first on Svet mehatronike.

Stanford Engineering
Z novim postopkom za mikroskopsko 3D-tiskanje se ustvarjajo delci skoraj vseh oblik za uporabo v medicini, proizvodnji, raziskavah in drugje – s hitrostjo do 1 milijona delcev na dan.

Mikroskopski delci, natisnjeni s 3D tiskalnikom, ki so tako majhni, da so s prostim očesom videti kot prah, se uporabljajo pri dostavi zdravil in cepiv, v mikroelektroniki, mikrofluidiki in kot abrazivi za zapleteno proizvodnjo. Vendar je zaradi potrebe po natančnem usklajevanju med dostavo svetlobe, gibanjem stopnje in lastnostmi smole skalabilna izdelava takšnih mikroskopskih delcev po meri zahtevna. Raziskovalci na Univerzi Stanford so zdaj predstavili učinkovitejšo tehniko obdelave, s katero je mogoče natisniti do 1 milijon zelo podrobnih in prilagodljivih mikrodelcev na dan.

„Zdaj lahko iz najrazličnejših materialov ustvarjamo veliko bolj zapletene oblike do mikroskopskega obsega, in sicer s hitrostjo, ki pri izdelavi delcev še ni bila dokazana,“ je povedal Jason Kronenfeld [1], doktorski kandidat v laboratoriju DeSimone [2] na Stanfordu in glavni avtor članka, ki opisuje ta postopek in je bil objavljen v reviji Nature.

To delo temelji na tehniki tiskanja, znani kot neprekinjena proizvodnja tekočega medija ali CLIP, ki so jo leta 2015 predstavili DeSimone in sodelavci. CLIP za hitro strjevanje smole v želeno obliko uporablja UV-svetlobo, ki se projicira v rezinah. Tehnika temelji na oknu nad projektorjem UV-svetlobe, ki prepušča kisik. To ustvari „mrtvo cono“, ki preprečuje, da bi se tekoča smola strdila in prilepila na okno. Tako je mogoče strjevati občutljive elemente, ne da bi vsako plast odtrgali od okna, kar omogoča hitrejše tiskanje delcev.
„Uporaba svetlobe za izdelavo predmetov brez kalupov odpira povsem nova obzorja v svetu delcev,“ je dejal Joseph DeSimone, profesor translacijske medicine Sanjiv Sam Gambhir na Medicinski fakulteti Stanford in avtor prispevka. „Menimo, da je to mogoče narediti na razširljiv način, kar bo omogočilo uporabo teh delcev za pogon industrije prihodnosti. Navdušeni smo nad tem, kam lahko to pripelje in kje lahko drugi uporabijo te zamisli za napredovanje svojih želja.“

Princip 3D tiskanja
Postopek, ki so ga ti raziskovalci izumili za množično proizvodnjo edinstveno oblikovanih delcev, manjših od širine človeškega lasa, spominja na montažno linijo. Začne se s filmom, ki se skrbno napne in nato pošlje v CLIP tiskalnik. V tiskalniku se na folijo natisne na stotine oblik naenkrat, nato pa montažna linija nadaljuje s pranjem, strjevanjem in odstranjevanjem oblik – vse te korake je mogoče prilagoditi glede na obliko in material.

„Ne kupuj stvari, ki jih ne moreš izdelati,“ je dejal DeSimone, ki je tudi profesor kemijskega inženirstva na Fakulteti za strojništvo. „Orodja, ki jih uporablja večina raziskovalcev, so orodja za izdelavo prototipov in testnih poligonov ter za dokazovanje pomembnih točk. Moj laboratorij se ukvarja s translacijsko znanostjo o proizvodnji – razvijamo orodja, ki omogočajo povečanje obsega. To je eden od odličnih primerov, kaj nam ta usmeritev pomeni.“

Pri 3D-tiskanju je kompromis med ločljivostjo in hitrostjo. Drugi postopki 3D tiskanja lahko na primer natisnejo veliko manjše dele – na ravni nanometrov, vendar so počasnejši. Seveda pa se je makroskopski 3D-tisk že uveljavil (dobesedno) v množični proizvodnji, in sicer v obliki čevljev, gospodinjskih izdelkov, strojnih delov, nogometnih čelad, zobnih protez, slušnih aparatov in drugega. To delo obravnava priložnosti med temi svetovi.

„Iščemo natančno ravnovesje med hitrostjo in ločljivostjo,“ pravi Kronenfeld. „Naš pristop je izrazito sposoben proizvajati rezultate visoke ločljivosti, hkrati pa ohraniti hitrost izdelave, ki je potrebna za doseganje obsega proizvodnje delcev, za katerega strokovnjaki menijo, da je bistven za različne aplikacije. Tehnike, ki imajo potencial za translacijski učinek, morajo biti izvedljivo prilagodljive iz raziskovalnega laboratorija na raven industrijske proizvodnje.“

Trdno in mehko
Raziskovalci upajo, da bodo postopek r2rCLIP široko sprejeli tudi drugi raziskovalci in industrija. Poleg tega DeSimone meni, da se 3D-tiskanje kot področje hitro razvija mimo vprašanj o postopku in v smeri ambicij o možnostih.

„r2rCLIP je temeljna tehnologija,“ pravi DeSimone. „Vendar verjamem, da zdaj vstopamo v svet, ki je bolj kot na proces osredotočen na 3D izdelke same. Ti procesi postajajo očitno dragoceni in uporabni. Vprašanje pa je: katere so aplikacije z visoko dodano vrednostjo?“
Raziskovalci so že eksperimentirali z izdelavo trdih in mehkih delcev iz keramike in hidrogela. Prvi bi se lahko uporabljali pri proizvodnji mikroelektronike, drugi pa pri dostavi zdravil v telo.

„Obstaja široka paleta aplikacij, ki jih šele začenjamo raziskovati,“ je povedala Maria Dulay, višja znanstvenica v laboratoriju DeSimone in soavtorica članka. „To, kar smo dosegli s to tehniko, je izjemno.“
Dodatna soavtorja sta Lukas Rother, ki je bil v času tega dela gostujoči magistrski študent, in Max Saccone, podoktorski študent kemijskega inženirstva in radiologije. DeSimone je tudi honorarni profesor kemije na Fakulteti za humanistiko in naravoslovje, znanosti o materialih in inženirstva na Fakulteti za strojništvo ter operacij, informacij in tehnologije na Podiplomski poslovni fakulteti. Je član StanfordBio-X, WuTsai Human PerformanceAlliance in StanfordCancer Institute ter član fakultete SarafanChEM-H, sourednik centra Canary na Stanfordu za zgodnje odkrivanje raka in ustanovni direktor Centra za mentorstvo STEMM na Stanfordu.

To raziskavo sta delno financirala fundacija Bill &Melinda Gates in program National Science FoundationGraduateResearchFellowship Program. Del tega dela je bil opravljen v Stanford Nano SharedFacilities, ki ga podpira National Science Foundation.

Viri:
1: https://profiles.stanford.edu/jason-kronenfeld
2: https://desimonegroup.stanford.edu/

www.engineering.stanford.edu

The post Nova zelo hitra tehnika 3D tiskanja v mikrosvetu appeared first on Svet mehatronike.

Solid World d.o.o.
Filamenti z dodatkom karbonskih vlaken predstavljajo pomemben napredek v svetu 3D tiskanja, kar ima neposredne koristi tudi za svet mehatronike.

Ti filamenti omogočajo izdelavo komponent, ki združujejo lahkost in izjemno trdnost, kar je ključno za mehatronske aplikacije, kjer so mehanske obremenitve velike, a je teža še vedno kritičen dejavnik.

Prednosti za industrijo
Filamenti z dodatkom karbonskih vlaken, kot je Bambu PLA-CF, imajo mat teksturo karbonskih vlaken, kar izboljšuje estetski videz izdelkov in hkrati izjemno izboljša mehansko trdnost. To je še posebej uporabno pri izdelavi prototipov in končnih izdelkov, kjer je pomembna tako funkcionalnost kot videz.

Filamenti s karbonskimi vlakni so lahki, kar omogoča izdelavo komponent, ki zmanjšujejo skupno težo končnih izdelkov. To je ključnega pomena v aplikacijah, kot so robotika, avtomatizacija in letalska industrija, kjer vsak gram šteje. Poleg tega so ti filamenti izjemno trdni in vzdržljivi, kar zagotavlja dolgo življenjsko dobo in odpornost na obrabo.

Natančnost in stabilnost
3D tiskalniki Bambu Lab, ki uporabljajo te filamente, omogočajo visoko natančnost in stabilnost tiskanja, kar je bistveno za izdelavo kompleksnih mehatronskih delov z natančnimi tolerancami. Mehatroniki lahko s temi filamenti enostavno eksperimentirajo z različnimi oblikami in strukturami, kar omogoča inovativne rešitve in hitrejše prototipiranje.

Uporabnost v industriji
Tehnični filamenti so idealni za izdelavo različnih mehatronskih komponent, kot so ohišja, nosilci, zobniki in drugi mehanski deli, ki morajo biti trdni in lahki. Prav tako so uporabni pri izdelavi prilagojenih orodij in opreme za proizvodne linije, kjer je potrebna visoka odpornost na obrabo in nizka teža.

Tehnični filamenti po nižji ceni
Do 27. septembra lahko preko spletne trgovine solidworld.si izkoristite popuste na vse filamente z dodatkom karbonskih vlaken Bambu Lab. Ne zamudite priložnosti za nadgradnjo svojih mehatronskih projektov z vrhunskimi materiali po ugodnejših cenah!

www.solidworld.si

The post Kako tehnični filamenti za 3D tiskalnike preoblikujejo tiskanje delov v industriji appeared first on Svet mehatronike.

Uvedba četrte dimenzije v tehnologijo 3D-tiskanja se imenuje »4D tiskanje«. S to novo dimenzijo imajo 3D tiskani predmeti sposobnost, da sami spremenijo svojo obliko pod vplivom zunanjih dražljajev, kot so svetloba, toplota, elektrika, magnetno polje, vlaga, mehanski, kemični in drugi.

Z integriranjem dimenzije časa natisnjeni predmeti dinamično spreminjajo svojo obliko glede na potrebe in zahteve razmer, brez elektromehanskih delov ali gibljivih delov. Ta pojav 3D-tiskanih predmetov, ki spreminjajo obliko, temelji na sposobnosti materiala, da se sčasoma preoblikuje kot odziv na določene dražljaje in ne potrebuje človekovega posredovanja za pomoč v procesu.

Začenja pa se obdobje 4D tiskanja bioničnih in medicinskih naprav, z novimi pametnimi in tudi gelnimi materiali. Začenja se 4D tiskanje pogonov z mehko robotičnimi funkcijami, prav tako se začenja 4D tiskanje bioničnih zahtevnih, večplastnih kanalov, ki temeljijo na digitalni svetlobni obdelavi.

Procesi 4D tiskanja bodo medicini in še zlasti bioniki omogočili izdelavo zahtevnih časovno odvisnih struktur, razvoj protetike naslednje generacije, ter izdelavo ekstremno miniaturnih robotov za napredne medicinske aplikacije. Za učinkovito izdelavo novih naprav s procesom 4D tiskanja potrebujemo izjemno dober razvoj pametnih materialov, ki lahko spreminjajo lastnosti in značilnosti na podlagi sprememb v okolju. Spremembe bi lahko omogočile, da se materiali sami sestavijo, s čimer bi pospešili proizvodnjo in zmanjšali potrebe po delovni sili. Po poročanju tržne raziskave »Frost & Sullivan,« naj bi 4D tehnologija hitro narasla predvsem v zdravstvu, vesoljski, obrambni in avtomobilski industriji.

Izzivi za prihodnost
Trg zdravstvenega varstva bi v prihodnje lahko uporabil tehnologijo za tkivni inženiring, samosestavljanje biomaterialov in ustvarjanje nanorobotov za kemoterapijo in druge namene.

Za avtomobilsko industrijo lahko 4D tiskanje privede do premazov, ki se prilagodijo soncu, vetru in dežju. Letalskemu trgu bi lahko koristilo 4D tiskanje s samopopravljanjem določenih delov ali letal in tiskanih sončnih celic za napajanje satelitov.

Potencialne novosti v vojaškem in obrambnem sektorju vključujejo tekstil z maskirnimi sposobnostmi in samozdravljive materiale za mostove in ceste. Kratkoročno glavni izziv za 4D tiskanje zahtevnih naprav so visoki začetni stroški, delno zaradi tega, ker trenutno le nekaj podjetij razvija ustrezne tehnike, ki podpirajo kompleksne 4D tehnologije.

Po komercializaciji pa bi se morali stroški 4D tiskanja bistveno znižati. Dolgoročni 4D izdelki bodo morali izpolniti tudi stroge regulativne standarde in standarde zmogljivosti v različnih panogah, preden bodo postali masovno razširjeni.

Bionično načelo in integracija bionike ter 4D tiskanja
Z integracijo bionike in tehnologije 4D tiskanja je mogoče doseči bistveni preskok proizvodnje od biološkega modela do bioničnih izdelkov, ki kažejo izjemno visoko vsestransko učinkovitost.

Razvita raznolikost tehnologije 4D tiska vključuje: od homogenega materiala do bionične 4D tehnologije izdelave heterogenega materiala.

Nadalje od neurejenosti do urejene strukture materiala, nato od celotnega do diskretnega in od splošnega do prilagojenega materiala. In še od statičnega do dinamičnega materiala.

Hkrati je bil pred kratkim razvit biomimetični inteligentni 4D tiskarski material za uresničitev več načinov odziva, na temperaturo, vlago, magnetno polje, svetlobo in elektriko. Kot aplikacije teh materialov in 4D tiskanja bodo biomedicinske naprave, bionični roboti, bionična protetika, umetne mišice in drugo.
Z razvojem tehnologije tiskanja z več materiali je mogoče pričakovati razvoj bioimplantatov in mehkih, ter trdih hibridnih bioloških struktur.

Ko pa govorimo o pametnih materialih in biološko navdihnjenih materialih pa moramo razumeti predvsem njihovo povezavo s čutili.

Ljudje imamo pet čutil; vid, sluh, vonj, okus in dotik.

Kaj pa intuicija? Nekateri to že imenujejo šesti čut. S tehnološkim razvojem na področju bionike nastaja zdaj nova proizvodna tehnika že z dodano novo dimenzijo – šesti čut – izdelkom v vesoljskih in medicinskih aplikacijah.

Z razvojem pametnih materialov v procesih 4D tiskanja pa se pričakuje, da bo tudi v avtomatizirane procese »Industrije 5.0« prišla ta nova šesta čutna dimenzija. Dosedanje tehnologije 4D tiskanja so bile omejene na odzivnost predvsem enega dražljaja ali dveh. Razvoj pa se je usmeril v 4D tiskanje materialov, ki bodo lahko hkrati odreagirali na več različnih dražljajev, npr. svetlobo, mehansko ali kemično stimulacijo, vlago, temperaturo in drugo.

To se bo dosegalo z združevanjem in integracijo več pametnih materialov.

Kako deluje 4D tiskanje in kaj so pametni materiali?
Pametni materiali so eno od najbolj osredotočenih raziskovalnih področij v 4D tiskanju, kjer se mehanizem deformacije različnih materialov sintetizira glede na njihov odziv na različne zunanje dražljaje.

Podjetje Equipment Design se ukvarja z razvojem napredne tiskalniške tehnologije, ki lahko skladno kontinuirano tiska več materialov.
Trenutno raziskovalci uporabljajo 4D tiskanje z neposrednim brizganjem, modeliranjem zlitja, stereolitografijo, biotiskanjem s pomočjo laserja in selektivnimi metodami laserskega taljenja.

Raziskave matematičnega in bioničnega modeliranja so bistvene za razumevanje funkcionalnih struktur 4D tiskanih predmetov. Napoveduje proces deformacije (naprej) in tvorbe predmeta, (nazaj), ki ga sprožijo različni dražljaji.

Materiali za 4D tiskanje so razvrščeni glede na njihovo okolje ali zunanje dražljaje, s katerimi reagirajo.

Danes se za stimuliranje natisnjenega izdelka s 4D tehnologijo uporabljajo zunanji viri toplote, trend razvoja pa gre v smeri integracije vira toplote ali kakšne druge vrste stimulacije tudi v notranjost izdelka.

Veliko se obeta tudi od elektroaktivnih programirljivih materialih, ki bi se multi-oblikovno odzivali na električne dražljaje in bi imeli posebno mesto v medicinskih, bioničnih in robotskih aplikacijah.

Nov pristop programiranja 4D-tiskanja, omogoča tudi specifično vedenje preoblikovanja oblike v posameznem materialu z uravnavanjem parametrov tiskanja. Na izdelek lahko vpliva tudi hitrost prilagajanja tiskanja posameznih materialov, na primer, pri elastomerih (LCE) je mogoče precej natančno programirati obnašanje LCE pri spreminjanju oblike.

Če se lotimo 4D tiskanja, je treba razumeti, kako se bo material odzval na določen dražljaj. S pomočjo tega znanja o obnašanju materiala lahko inženirji oblikujejo objekt z različnimi strukturami materiala.

Na podlagi digitalne CAD zasnove se nato model 3D natisne v enem ali v večkompozitnem materialu. Ko je postopek tiskanja končan, bo vnaprej programirana geometrijska koda narekovala, kako naj se različna področja predmeta odzovejo na določen dražljaj. S tem pristopom lahko inženirji ustvarijo komponente, ki imajo vnaprej določene oblike ali se na določen način zložijo in odvijejo, če jih sproži določen dražljaj.

Za obdelavo programabilnih ali pametnih materialov je primernih več tehnologij 3D tiskanja: Stereolitografija (SLA), izdelava taljenih filamentov (FFF), Material Jetting, Selektivno lasersko taljenje (SLM). Nedavni napredek pri 4D tiskanju lahko v veliki meri pripišemo napredku tehnologije Jetting material, ki omogoča tiskanje več materialov.

Ta tehnologija deluje tako, da brizga kapljice materiala, kar omogoča natančen nadzor nad nanašanjem. Razvoj 4D tehnologij tiskanja je še vedno v precej začetni fazi, čeprav se je v zadnjih treh letih zgodil velik preskok naprej.

Tehnologije 4D so fascinantne in se iz medicinskih, vesoljskih aplikacij selijo na različna področja. 4D tiskanje ima danes velik učinek na področju biotiskanja.

Danes je klasična podoba 4D tiskanih predmetov povezana predvsem z metamateriali, to so materiali, ki spreminjajo svojo obliko ali druge fizikalne lastnosti, odvisno od okolja ali uporabe.

Pred kratkim so bili razviti »poljsko odzivni mehanski metamateriali«, ki se strdijo ob udaru z magnetnim poljem.

Medtem ko same snovi (napolnjene s feromagnetnimi nano delci) ni mogoče natisniti, jo lahko vbrizgamo v votle mrežne strukture in vpliv magnetnega polja te strukture strdi. Ko se sila magnetnega polja odstrani, se strukture vrnejo v sproščeno stanje.

S spreminjanjem moči magnetne sile pa se lahko spremeni togost predmetov, kar je izjemnega pomena za razvoj novih izdelkov. Razvoj aditivne proizvodnje je že danes izjemno hiter in 4D aditivna proizvodnja v prihodnosti bo pomenila še en velik korak naprej.

Ta napredek bodo prinesli predvsem časovno odvisni, programabilni, reverzibilni, inteligentni materiali, ki bodo temelj tiskanja novih 4D izdelkov.

4D biotiskanje
Štiridimenzionalni (4D) biotisk, je še bolj nov koncept in se je pojavil kot rešitev naslednje generacije tkivnega inženirstva, saj predstavlja možnost gradnje kompleksnih, funkcionalnih struktur.

4D biotisk je mogoče uporabiti za izdelavo dinamičnih bioloških arhitektur s 3D vzorci, ki bodo spremenile svoje oblike pod različnimi dražljaji z uporabo materialov, ki se odzivajo na dražljaje. Funkcionalna transformacija 4D tiskanih celičnih struktur zagotavlja potencial brez primere za inženiring kostnega tkiva. Lastnosti spomina oblike tiskanih struktur skrbijo za potrebo po personaliziranem popravilu kostnih napak.

Cilj razvoja 4D tehnologij tiskanja je združiti tehnologijo in dizajn, da bi izumili tehnologije samosestavljanja in programabilnih materialov, katerih cilj je prenoviti konstrukcijo, proizvodnjo, sestavljanje izdelkov in večjih konstrukcijskih zmogljivosti.

Danes se razvijajo tiskalniki za 4D, ki bodo omogočali večmaterialno tiskanje skozi dve ali več šobami in možnostjo, da se šobe v procesu tiskanja celo preoblikujejo.

Danes se za stimuliranje natisnjenega izdelka s 4D tehnologijo uporabljajo zunanji viri toplote, trend razvoja pa gre v smeri integracije vira toplote ali kakšne druge vrste stimulacije tudi v notranjost izdelka.

Veliko se obeta tudi od elektroaktivnih programirljivih materialih, ki bi se multi-oblikovno odzivali na električne dražljaje in bi imeli posebno mesto v medicinskih, bioničnih in robotskih aplikacijah.

Nov pristop programiranja 4D-tiskanja, omogoča tudi specifično vedenje preoblikovanja oblike v posameznem materialu z uravnavanjem parametrov tiskanja.

Na izdelek lahko vpliva tudi hitrost prilagajanja tiskanja posameznih materialov, pri elastomerih (LCE) je na primer mogoče precej natančno programirati obnašanje LCE pri spreminjanju oblike. V procesu 4D tiskanja postanejo vgrajeni senzorji in aktuatorji z vznemirljivimi funkcionalnostmi, kot so samozaznavanje delovanja, samozaznavanje položaja, samozaznavanje drže ali aktivno zaznavanje, to pa bo zelo obetavno za aplikacije v biomedicinskih napravah, bioničnih sistemih, interakciji človek-stroj, inteligentnih samozaščitnih napravah in humanoidnih robotih in drugo.

Janez Škrlec je bil dolgoletni član Sveta za znanost in tehnologijo RS in ustanovitelj Odbora za znanost in tehnologijo pri OZS. Ukvarja se z mehatroniko, elektroniko, bioniko in nanotehnologijo.

https://svet-el.si

Celotna PDF revija brezplačno!

The post 4D tiskanje bioničnih in medicinskih naprav in priložnosti za industrijo appeared first on Svet mehatronike.

Raziskovalci iz Texas A&M so natančno prilagodili postopek ustvarjanja kovinskih delov brez napak s tehniko 3D laserskega tiskanja v prahu.

3D tiskanje kovin je v zadnjih nekaj desetletjih spodbudilo prizadevanja pri ustvarjanju delov zapletenih oblik, izdelanih po meri in visoke funkcionalnosti. Ker pa so proizvajalci dodatkov za svoje potrebe 3D tiskanja vključili več zlitin, so se pojavili tudi izzivi pri ustvarjanju enotnih delov brez napak.

Nova študija raziskovalcev teksaške univerze A&M je dodatno izboljšala proces ustvarjanja vrhunskih kovinskih delov s tehnikami 3D tiskanja z lasersko fuzijo. S kombinacijo poskusov strojnega učenja in enotirnega 3D tiskanja so ugotovili ugodne kemijske spojine in parametre procesa, kot sta hitrost in moč laserja, potrebni za tiskanje delov z enotnimi lastnostmi na mikronivoju.

“Naš prvotni izziv je bil zagotoviti, da v natisnjenih delih ni pore, ker je to očiten morilec za ustvarjanje predmetov z izboljšanimi mehanskimi lastnostmi,” je povedal Raiyan Seede, doktorand na Oddelku za znanost o materialih in inženiring. “Toda, ko smo v prejšnjem delu obravnavali ta izziv, se v tej študiji poglobimo v natančno nastavitev mikrostrukture zlitin tako, da obstaja večji nadzor nad lastnostmi končnega tiskanega predmeta v precej manjšem merilu kot prej.”

Raziskovalci so svoje ugotovitve objavili v reviji Additive Manufacturing [1].

Tako kot druge metode 3D-tiskanja, tudi laserska fuzija v prahu gradi 3D kovinsko plast za plastjo. Postopek se začne z nanašanjem tanke plasti kovinskega prahu na osnovno ploščo in nato taljenje prahu z laserskim žarkom vzdolž poti, ki sledi načrtu prereza predvidenega dela. Nato se nanese še ena plast praška in postopek se ponovi, postopoma se gradi končni izdelek.

Praški iz zlitin kovin, ki se uporabljajo za aditivno proizvodnjo, so lahko zelo raznoliki in vsebujejo mešanico kovin, kot so nikelj, aluminij in magnezij v različnih koncentracijah. Med tiskanjem se ti praški po segrevanju z laserskim žarkom hitro ohladijo. Ker imajo posamezne kovine v praškasti zlitini zelo različne hladilne lastnosti in se posledično strdijo z različnimi hitrostmi, lahko to neskladje ustvari vrsto mikroskopskih pomanjkljivosti, imenovano mikrosegregacija.

“Ko se zlitina v prahu ohladi, se lahko posamezne kovine oborijo,” je dejal Seede. »Predstavljajte si, da v vodo nalijete sol. Takoj se raztopi, ko je količina soli majhna, toda ko vlijete več soli, se presežni delci soli, ki se ne raztopijo, začnejo izločati kot kristali. V bistvu se to dogaja v naših kovinskih zlitinah, ko se po tiskanju hitro ohladijo. ”

Rekel je, da se ta napaka pojavlja kot majhni žepi, ki vsebujejo nekoliko drugačno koncentracijo kovinskih sestavin kot druga področja tiskanega dela. Te nedoslednosti ogrožajo mehanske lastnosti tiskanega predmeta. Da bi odpravili to mikropomanjkljivost, je raziskovalna skupina raziskala strjevanje štirih zlitin, ki vsebujejo nikelj, in še eno kovinsko sestavino. Zlasti so za vsako od teh zlitin preučevali fizikalna stanja ali faze, ki so prisotne pri različnih temperaturah za povečanje koncentracij druge kovine v zlitini na osnovi niklja. Na podlagi podrobnih faznih diagramov bi lahko določili kemično sestavo zlitine, ki bi vodila do minimalne mikrosegregacije med 3D tiskanjem.

Nato so raztopili en sam prah zlitine kovine v prahu za različne nastavitve laserja in določili procesne parametre, ki bi dali dele brez poroznosti. Nato so združili podatke, zbrane iz faznih diagramov, s tistimi iz poskusov z enim tirom, da bi dobili konsolidiran pogled na nastavitve laserja in sestave zlitine niklja, ki bi prinesle tiskan del brez poroznosti brez mikrosegregacije. Nazadnje so raziskovalci naredili še korak dlje in usposobili modele strojnega učenja, da bi identificirali vzorce v svojih enotirnih poskusnih podatkih in faznih diagramih, da bi razvili enačbo za mikrosegregacijo, ki se uporablja za katero koli drugo zlitino. Seede je dejal, da je enačba zasnovana tako, da predvideva obseg segregacije glede na območje strjevanja, lastnosti materiala ter moč in hitrost laserja.

“Naša metodologija olajša uspešno uporabo zlitin različnih sestavov za proizvodnjo aditivov, ne da bi pri tem prišlo do napak, tudi na mikronivoju,” je povedal Ibrahim Karaman, Chevron profesor in vodja oddelka za znanost o materialih in inženiring. “To delo bo v veliko korist letalski, avtomobilski in obrambni industriji, ki nenehno išče boljše načine za izdelavo kovinskih delov narejenih po meri.”

Raziskovalna sodelavca Raymundo Arroyavé in Alaa Elwany sta dodala, da je edinstvenost njihove metodologije v njeni preprostosti, ki jo lahko industrija enostavno prilagodi za izdelavo trdnih delov brez napak z izbiro zlitine. Ugotovili so, da je njihov pristop v nasprotju s prejšnjimi prizadevanji, ki so se pri optimizaciji pogojev obdelave opirala predvsem na drage in dolgotrajne poskuse. Arroyavé je profesor na oddelkih za znanost o materialih in inženiring, Elwany pa je izredni profesor na Oddelku za industrijsko in sistemsko inženirstvo pri Wm Michael Barnes ’64. Drugi sodelavci te raziskave so Austin Whitt in William Trehern z oddelka za znanost o materialih in inženiring ter Jiahui Ye z oddelka za industrijski in sistemski inženiring. Raziskavo podpirata urad za raziskave vojske ZDA in Nacionalna znanstvena fundacija.

Viri:

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2214860421004188

Povzeto po:

https://today.tamu.edu/2021/09/27/tweaking-alloy-microchemistry-for-flawless-metal-3d-printing/

Texas A&M

https://today.tamu.edu

Celotna PDF revija brezplačno!

The post Prilagoditev mikrokemije zlitin za brezhibno 3D tiskanje kovin appeared first on Svet mehatronike.

Raziskovalci na državni univerzi North Carolina so razvili materiale, ki jih je mogoče uporabiti za ustvarjanje struktur, ki se lahko preoblikujejo v več različnih arhitektur.

Raziskovalci predvidevajo uporabo na področjih, ki segajo od konstrukcije do robotike. “Sistem, ki smo ga razvili, je navdihnila metamorfoza,” pravi Jie Yin, avtorica prispevka o delu in izredna profesorica za strojništvo in vesoljsko inženirstvo na NC State. »V naravi živali z metamorfozo spremenijo svojo temeljno obliko. Ustvarili smo razred materialov, ki jih je mogoče uporabiti za ustvarjanje struktur, ki spreminjajo njihovo temeljno arhitekturo.”

Kirigami je temeljni koncept za Yinovo delo. Kirigami je različica origamija, ki vključuje rezanje in zlaganje papirja. Toda medtem ko kirigami tradicionalno uporablja dvodimenzionalne materiale, Yin uporablja ista načela za tridimenzionalne materiale.

Sistem metamorfoze se začne z eno samo enoto 3D kirigamija. Vsaka enota lahko sama tvori več oblik. Toda te enote so tudi modularne – lahko jih povežemo v vse bolj zapletene strukture. Ker lahko posamezne enote same tvorijo več oblik in se lahko povežejo z drugimi enotami na več načinov, je celoten sistem sposoben tvoriti široko paleto arhitektur. “Pomislite, kaj lahko zgradite s konvencionalnimi materiali,” pravi Yin. “Zdaj si predstavljajte, kaj lahko zgradite, ko se lahko vsak osnovni gradnik preoblikuje na več načinov.”

Yinov laboratorij je pred tem pokazal [1] podoben koncept, v katerem so bile 3D kirigami enote zložene ena na drugo. V tem sistemu bi se enote lahko uporabile za sestavljanje strukture – vendar bi lahko strukturo tudi nato razstavili.

Sistem metamorfoze vključuje dejansko povezovanje kirigami enot. Z drugimi besedami, ko so enote med seboj povezane, jih ni mogoče razstaviti. Vendar pa se večje strukture, ki jih ustvarijo, lahko spremenijo v več različnih arhitektur. Videoposnetek sistema metamorfoze si lahko ogledate na [2].

“Obstajata dve veliki razliki med našim prvim kirigami sistemom in sistemom metamorfoze,” pojasnjuje Yin.

»Prvi kirigami sistem je vključeval enote, ki jih je bilo mogoče sestaviti v arhitekture in jih nato razstaviti, kar je prednost. Vendar, ko so bile enote sestavljene, se arhitektura ne bi mogla preoblikovati. Ker stranice enote niso bile toge in pritrjene pod kotom 90 stopinj, se je sestavljena struktura lahko upognila in premikala – vendar ni mogla bistveno spremeniti svoje geometrije.

“Sistem kirigami metamorfoze vam ne omogoča razstavljanja strukture,” pravi Yin. »In ker so stranice vsake kubične enote toge in pritrjene pod kotom 90 stopinj, se sestavljena struktura ne ukrivi ali zelo upogne. Vendar se končna struktura lahko spremeni v različne arhitekture.”

Kot dokaz koncepta so raziskovalci pokazali, da je sistem metamorfoze sposoben ustvariti veliko različnih struktur, ki so sposobne nositi pomembno težo, hkrati pa ohraniti svojo strukturno celovitost. Ta strukturna celovitost je pomembna, ker Yin meni, da je konstrukcija ena od možnih aplikacij za sistem metamorfoze.

“Če ta pristop povečate, bi to lahko bila osnova za novo generacijo gradbenih materialov, ki jih je mogoče uporabiti za ustvarjanje struktur, ki jih je mogoče hitro namestiti,” pravi Yin. “Pomislite na zdravstvene enote, ki jih je bilo treba v kratkem času razširiti med pandemijo, ali potrebo po zavetišču za nujne primere po katastrofi.”

Raziskovalci tudi menijo, da bi lahko sistem metamorfoze uporabili za ustvarjanje različnih robotskih naprav, ki se lahko preoblikujejo, da se odzovejo na zunanje dražljaje ali opravljajo različne funkcije.

“Prav tako menimo, da bi lahko ta sistem uporabili za ustvarjanje nove linije igrač – zlasti igrač, ki lahko pomagajo ljudem pri raziskovanju nekaterih temeljnih STEM konceptov, povezanih s fiziko in inženiringom,” pravi Yin. “Odprti smo za sodelovanje s sodelavci iz industrije, da bi iskali te in druge potencialne aplikacije za sistem.”

Članek “Metamorphosis of three-dimensional kirigami-inspired reconfigurable and reprogrammable architected matter,”, je objavljen v reviji Materials Today Physics. Prvi avtor prispevka je Yanbin Li, doktorski študent na NC State. Delo je bilo opravljeno s podporo Nacionalne znanstvene fundacije v okviru štipendije 2005374.

Viri:

https://news.ncsu.edu/2021/08/3d-kirigami-metamaterials/
https://www.youtube.com/watch?v=hOplS5J_wHI

Povzeto po:

https://news.ncsu.edu/2021/09/metamorphosis-architecture/

https://news.ncsu.edu

Celotna PDF revija brezplačno!

The post Raziskovalci navdahnjeni z metamorfozo ustvarjajo materiale za arhitekturo, ki spreminjajo obliko appeared first on Svet mehatronike.

Zmogljiv laser UpNano polimerizira inovativen črni material. V kombinaciji z novim prosojnim materialom je možen 3D tisk celotnih optičnih sistemov.

Zelo natančne 3D strukture v črni barvi je zdaj mogoče natisniti s postopkom 3D tiskanja z 2-fotonsko polimerizacijo (2PP). To se je dolgo časa zdelo nemogoče, saj netransmisijski (črni) materiali močno zmanjšajo učinkovitost polimerizacije v procesu tiska. Zdaj je specialist za 2PP podjetje UpNano GmbH (Dunaj, Avstrija) uspelo razviti tak material, ki je imel koristi od izjemno velike laserske moči svoje serije tiskalnikov NanoOne. Primerno poimenovani material UpBlack je mogoče enostavno kombinirati z nedavno razvitim optičnim prosojnim materialom UpOpto – kar omogoča 2PP-3D tiskanje celotnih optičnih sistemov (leč in držal) z enim sistemom tiskanja.

Zveni kot protislovje v smislu: fotopolimerizacija neprenosnega materiala. A da je to mogoče, je zdaj pokazal UpNano, proizvajalec priznane serije NanoOne 2-fotonskih 3D tiskalnikov z laserskim pogonom, ki lahko zgradi strukture v dvanajstih velikostih. “Skrivnost” uspeha podjetja je v moči laserja NanoOne do 1 W, kar je nekajkrat več kot v primerljivih sistemih. Kljub visoki absorpciji svetlobe v UpBlack je ta laser dovolj močan, da zagotovi dovolj energije za polimerizacijo tekočega fotopolimernega materiala med proizvodnjo in za polimerizacijo.

Optimalno za optiko

UpBlack je idealen za tiskanje optičnih sistemov. Pogosto zahtevajo neprosojne strukture držal za leče ali druge prosojne optične dele. Zdaj jih je mogoče natisniti v visoki ločljivosti s 3D tiskalnimi sistemi UpNano NanoOne. “Komplementarno imamo v naši komercialni ponudbi materialov tudi optično prozoren material,” dodaja Bernhard Küenburg, izvršni direktor UpNano. “Ta material, imenovan UpOpto, ima koristi od zelo nizke fluorescence, ki pogosto moti številne optične, biološke in medicinske aplikacije.” Pravzaprav UpOpto kaže visoko biokompatibilnost in njegova necitotoksičnost je bila certificirana v skladu z EN ISO 10993-5:2009, kar je pomembno za stranke, ki delajo z mikrofluidiko. “Z uporabo UpBlack v kombinaciji z UpOpto,” poudarja Bernhard Küenburg, “naše stranke lahko natisnejo celoten optični sistem samo z enim tiskalnikom.” To inovacijo je izkoristilo že več strank UpNano, vključno z velikim azijskim tehnološkim konglomeratom.

Toda visoka moč laserja tiskalnikov NanoOne ni edina lastnost, ki jih razlikuje od primerljivih sistemov. Uporabljajo tudi optimizirano optično pot, patentirano tehnologijo prilagodljive ločljivosti in pametne algoritme za lasersko skeniranje. To skupaj omogoča 3D-tiskanje visoke ločljivosti v dvanajstih velikostih – v času, ki ga prej še nikoli niso dosegli.

Kakovostne kvalifikacije

Pred kratkim je podjetje prejelo tudi zaželeno normo ISO 9001, ki temelji na številnih načelih vodenja kakovosti, vključno z močno osredotočenostjo na stranke, motivacijo in implikacijo najvišjega vodstva, procesnim pristopom in nenehnim izboljševanjem. Bernhard Küenburg pojasnjuje motivacijo podjetja za prijavo na to normo: »V zadnjih dveh letih je naša prodaja 3D tiskalnikov in materialov močno rasla. Hkrati smo veliko vlagali v širitev podjetja. To rast UpNano mora spremljati močan poudarek na vodenju kakovosti, certifikat ISO 9001 pa priča, da smo to lahko dosegli.« Prav tako je podjetje prejelo certifikat ISO 14001, ki potrjuje njihovo uvedbo učinkovitega sistema ravnanja z okoljem.

Rast UpNano poganja močna osredotočenost na raziskave in razvoj ter inovacije. Njegova patentirana tehnologija prilagodljive ločljivosti omogoča tiskanje centimeter velikih predmetov z mikrometrsko ločljivostjo v kratkih proizvodnih ciklih. Šele pred kratkim je podjetje predstavilo tudi NanoOne Bio in sorazvito X Hydrobio INX© U200, edini komercialno dostopen dvofotonski hidrogelni material, ki omogoča vgradnjo živih celic neposredno iz plošče za kulturo v zelo natančne 3D-tiskane strukture za biološke aplikacije. Zaradi naročil tako iz industrije kot akademskih krogov je bila potrebna hitra širitev podjetja. Število osebja se je podvojilo z novimi kadri, ki so bili zaposleni v oddelkih za inženiring in razvoj programske opreme ter za vodenje projektov v enem letu. Prav tako se je podvojila površina njihovih prostorov na sedežu na Dunaju, da bi bolje služili močnemu ameriškemu trgu, podjetje zdaj zaposluje prodajnega zastopnika na vzhodni obali.

O podjetju UpNano (oktober 2021)

UpNano je bilo ustanovljeno septembra 2018 kot del TU Wien in je visokotehnološko podjetje s sedežem na Dunaju s poudarkom na razvoju, proizvodnji in komercializaciji sistemov za 3D tiskanje visoke ločljivosti, ki temeljijo na 2-fotonski polimerizaciji.

S prvim komercialnim izdelkom, tiskarskim sistemom NanoOne, je mogoče tiskati mikrodele s strukturnimi podrobnostmi ≥170 nm. Zaradi zelo hitrega postopka tiska je možno izdelati tudi dele do nekaj centimetrov višine.

Povzeto po:

https://www.upnano.at/novel-material-allows-2pp-3d-printing-of-non-transmissive-black-structures/

https://www.upnano.at

Celotna PDF revija brezplačno!

The post Nov material omogoča 2PP 3D tiskanje neprepustnih (črnih) struktur appeared first on Svet mehatronike.

Profesor Cho Nam-Joon in njegova ekipa sta našli način za uporabo sončničnega cvetnega prahu za razvoj materiala za črnilo za 3D tiskanje, ki bi ga lahko uporabili za izdelavo delov, uporabnih za tkivno inženirstvo, testiranje strupenosti in dostavo zdravil.

Črnilo, pridobljeno iz cvetnega prahu lahko obdrži obliko, ko se nanese na površino, zato je primerna alternativa trenutnim črnilom, ki se uporabljajo za 3D tiskanje na biomedicinskem področju (znano tudi kot biotiskanje). Takšna črnila so običajno mehka in občutljiva, zato je težko ohraniti želeno 3D obliko in strukturo končnega izdelka, saj bioprinter nalaga črnilo plast za plastjo.

Za ponazoritev funkcionalnosti njihovega tiskarskega črnila na osnovi cvetnega prahu so znanstveniki natisnili biološki oder za biološko tkivo, za katerega se je v laboratorijskih študijah izkazalo, da je primeren za adhezijo in rast celic, ki sta bistveni za regeneracijo tkiva.

Profesor Cho Nam-Joon je dejal: “Biotisk je lahko izziv, ker je material uporabljenih črnil običajno premehek, kar pomeni, da se lahko struktura predvidenega izdelka med tiskanjem poruši. S prilagajanjem mehanskih lastnosti cvetnega prahu sončnice smo razvili hibridno črnilo, ki ga lahko uporabimo za tiskanje struktur z dobro strukturno integriteto. Uporaba cvetnega prahu za 3D tiskanje je pomemben dosežek, saj je postopek izdelave črnila na osnovi cvetnega prahu trajnosten in cenovno ugoden. Glede na to, da obstajajo številne vrste cvetnega prahu z različnimi velikostmi, oblikami in površinskimi lastnostmi, bi lahko suspenzije mikrogela cvetnega prahu potencialno uporabili za ustvarjanje novega razreda okolju prijaznih materialov za 3D tiskanje.

Prelomna raziskava je bila objavljena v recenzirani znanstveni reviji Advanced Functional Materials z naslovom “Engineering Natural Pollen Grains as Multifunctional 3D Printing Materials”. Raziskovalni članek najdete na tej povezavi:
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202106276.

Povzeto po:
https://www.ntu.edu.sg/mse/news-events/news/detail/using-pollen-for-3d-printing-professor-cho-nam-joon

https://www.ntu.edu.sg/index

Celotna PDF revija brezplačno

The post Cvetni prah uporabljen v 3D tiskanju appeared first on Svet mehatronike.