CLIP 3D Printing Technology: Objekt skapade i flytande harts

Innehåll

• En ny metod för 3D-utskrift
• Skriva ut en gitterform med CLIP-teknik (7X hastighet)
• Kolföretaget
• Utskrift av ett Mini Eiffeltorn på sex minuter
• Skrivarstruktur och grundläggande funktion
• CLIP 3D-utskrift i mer detalj
• Potentiella fördelar med den nya tekniken
• Nuvarande skrivarmodeller
• Några möjliga problem med tekniken
• Nuvarande och framtid för CLIP
• Referenser

Linda Crampton undervisade vetenskap och informationsteknik för gymnasieelever i många år. Hon tycker om att lära sig om ny teknik.

En ny metod för 3D-utskrift

En ny och imponerande metod för 3D-utskrift introducerades vid TED 2015-konferensen i Vancouver. Den är nu tillgänglig kommersiellt och fortsätter att förbättras. Tekniken använder ultraviolett ljus och syre för att skapa ett objekt från en pool av flytande harts. Som visas i videorna nedan verkar objektet "växa" från vätskan, vilket påminner om skapandet av T1000 från Terminator 2 film. Faktum är att VD för företaget som skapade tekniken säger att han var inspirerad av den här filmen.

Den nya utskriftsmetoden är känd som CLIP, som står för kontinuerlig produktion av vätskegränssnitt. CLIP gör att starka, funktionella och attraktiva objekt kan skrivas ut snabbt i en allt-i-ett-process. I andra 3D-utskriftsmetoder deponeras ett medium i lager för att gradvis bygga ett objekt. Processen är känd som tillsatstillverkning.

Att skriva ut ett objekt genom tillsatstillverkning kan vara en tidskrävande process, det tar timmar eller till och med dagar att slutföra. Dessutom saknar slutprodukten ibland styrka eftersom objektet är tillverkat av lager som smälts samman. Skikten kan vara synliga i slutprodukten, vilket ger objektet ett bandigt utseende. CLIP kan övervinna dessa problem.

Vad är TED?

TED står för teknik, utbildning och design. Det är en ideell organisation vars mål är att sprida nya idéer, främst genom tal från människor som har något tankeväckande att dela.

Skriva ut en gitterform med CLIP-teknik (7X hastighet)

Kolföretaget

CLIP-tekniken tillhör ett företag som kallas Carbon, som är baserat i Redwood City i Kalifornien. Företaget hette tidigare Carbon3D och har fortfarande det officiella namnet Carbon3D, Inc. Baserat på personalbeskrivningarna på företagets webbplats drivs Carbon av några högt kvalificerade och erfarna personer. Företaget har varit i drift sedan 2013 men höll sina ansträngningar hemliga - eller åtminstone opublicerade - fram till 2015.

VD för företaget är Joseph DeSimone. Han har ledighet från sin position som kanslerens framträdande professor i kemi vid University of North Carolina i Chapel Hill och från sina andra akademiska positioner. Han sägs vara mycket kunnig om polymerer. Hans team består av kemister, ingenjörer, datavetare och affärsmän.

Kemi, teknik och datavetenskap är inblandade i en CLIP-skrivares handling. Objektet skapas genom att starta och stoppa kemiska reaktioner. Utrustningen som gör att detta kan hända är en teknisk prestation. Instruktionerna som "berättar" för utrustningen vad de ska göra tillhandahålls av ett datorprogram.

Vi tror att populär 3D-utskrift faktiskt är felnamn - det är egentligen bara 2D-utskrift om och om igen.

- Joseph DeSimone, VD för Carbon3D, Inc.

Utskrift av ett Mini Eiffeltorn på sex minuter

Skrivarstruktur och grundläggande funktion

I CLIP-tekniken rör sig en byggplattform uppåt och drar en gradvis formande form ur en behållare med vätska. Vätskan är ett harts som är härdbart med UV-ljus. Uttrycket "härdning" avser härdning av en vätska genom bildandet av polymerer eller långa kedjor av molekyler, och skapandet av tvärbindningar (bindningar) mellan polymererna. Härdning utlöses genom tillsats av energi, såsom ultraviolett ljus eller värme, eller genom tillsats av vissa kemikalier.

I botten av behållaren med flytande harts finns ett transparent membran eller fönster som är permeabelt för syre. Under fönstret finns en projektor som avger ultraviolett ljus. Kolföretaget liknar fönstret med en kontaktlins, eftersom det låter både ljus och syre passera genom det och komma in i hartset.

Kombinationen av ultraviolett ljus och syre gör att ett 3D-objekt kan skapas. UV-ljuset utlöser polymerisation och skapandet av tvärbindningar i hartset, vilket orsakar stelning. Syre har motsatt effekt. Det stoppar bildandet av polymerer i det flytande hartset omedelbart ovanför fönstret och förhindrar stelning i det området.

En skrivare behöver instruktioner som styr dess handlingar och "berättar" hur man översätter en 3D-grafikmodell till ett riktigt objekt. Dessa instruktioner tillhandahålls av sofistikerad datorprogramvara som styr de variabler som är involverade i utskriftsprocessen.

CLIP 3D-utskrift i mer detalj

I en CLIP-skrivare projiceras en kontinuerlig sekvens av tvärsnittsbilder från en 3D-grafikmodell i hartset. Bilderna skickas i form av UV-ljusmönster.

Ett mycket tunt lager av harts precis ovanför fönstret i behållaren för flytande harts är rikt på syre. Det syrerika skiktet polymeriserar inte när UV-ljus passerar genom det och kallas dödzon. Hartset ovanför den döda zonen saknar syre och polymeriserar inte när ljuset träffar det och bildar ett fast ämne enligt formen på den projicerade UV-bilden.

Det fasta ämnet dras långsamt ut ur vätskan när det bildas. Sugkrafterna som skapas av denna rörelse får mer vätska att röra sig på plats under objektet. Detta innebär att föremålet som skrivs ut kan vara mycket högre än vätskans djup.

På grund av det syrerika hartset längst ner i behållaren finns det alltid vätska under det stelnande föremålet, så objektet fastnar inte i behållarens botten. Dessutom skapas och dras objektet kontinuerligt och smidigt uppåt utan några pauser. Dessa faktorer hjälper till att förhindra bildandet av lager och band i den färdiga produkten.

När ett objekt väl har skrivits ut bakas det i en ugn med tvungen cirkulation. Detta utlöser en ny kemisk reaktion som stärker objektet. Processen kallas termisk härdning. Den dubbla härdningsprocessen i CLIP-tryckteknik sägs producera ett material av teknisk kvalitet.

Potentiella fördelar med den nya tekniken

CLIP-utskrift är 25 till 100 gånger snabbare än tidigare tekniker. (Processen kan så småningom nå 1000 gånger snabbare än konventionell 3D-utskrift.) Detta är en mycket betydande ökning. Det borde sluta en hel del av frustrationen som skapas av den tid som krävs för att producera ett tredimensionellt objekt. Det bör också öka antalet applikationer för 3D-utskrift kraftigt, så att specialbyggda objekt kan skrivas ut när vi behöver dem.

Dessutom bör allt-i-ett-utskriftsmetoden skapa ett starkare objekt, beroende på vilket utskriftsmedium som används. Tryckta delar har konsekventa egenskaper och ser mycket mer ut som formsprutade delar än de vanliga 3D-tryckta artiklarna. Den nya tekniken kan också göra flexibla och gummiliknande föremål. Kol är involverat i massutskrift av 3D-mellansulor för Adidas Futurecraft 4D-sko.

Från och med april 2020 fokuserar Carbon-företaget på 3D-utskrift av nasofaryngeala vattpinnor för att upptäcka COVID-19-viruset och på utskrift av ansiktsskydd. Den har skickat instruktionerna för utskrift av lämpliga vattpinnor och skärmar till olika kunder som använder skrivarna.

Nuvarande skrivarmodeller

I april 2016 blev Carbons första skrivare (M1) kommersiellt tillgänglig. Företaget tillhandahåller för närvarande L1-, M2- och M2d-modeller av skrivaren.

• L1-skrivaren är avsedd för högvolymsproduktion och har en byggvolym som är tio gånger större än den för M1.
• M2 har en byggvolym som är dubbelt så stor som M1 och har en upplösning på 75 μm (75 mikrometer). En mikrometer är en miljonedel av en meter. Ju mindre upplösningsnumret är, desto bättre ser objektet ut i 3D-utskrift.
• M2d har liknande funktioner som M2 men en mindre byggvolym. Det är tänkt att vara en nybörjarskrivare för tandläkare.

Några möjliga problem med tekniken

När den ursprungliga skrivaren tillkännagavs för första gången var det farhågor om de begränsade typerna av utskriftsmedia som fanns tillgängliga. Listan över material expanderar dock. De innehåller för närvarande en elastomer. Elastomerer är elastiska polymerer, som namnet antyder. Materialet som kan användas i skrivaren innehåller för närvarande följande:

• silikon
• flexibel polyuretan
• styv polyuretan
• elastomer polyuretan
• cyanatester
• epoxi
• uretanmetakrylat
• olika tandmaterial

En annan oro för den ursprungliga tekniken var storleken på objekten som kunde skrivas ut och den tid som behövdes för utskrift. Förekomsten av L1- och M2-skrivare kan åtminstone vara en partiell lösning på dessa problem. Det faktum att CLIP 3D-teknik fortsätter att utvecklas är uppmuntrande.

Även om priset på en CLIP-skrivare är utom räckhåll för många människor, finns det ett billigare alternativ för att skaffa objekt som skrivs ut med tekniken. Sculpteos webbplats skriver ut 3D-objekt från de mönster som människor laddar upp. Ett alternativ som erbjuds av webbplatsen är CLIP-utskrift.

Nuvarande och framtid för CLIP

Carbon säger att dess skrivare används av företag och institutioner. Skrivarna är professionella modeller och riktar sig inte till konsumenter. De nuvarande modellerna finns i en prenumerationsplan snarare än i en köpplan. Ändå är ett abonnemang dyrt och är bara överkomligt för vissa företag. Ännu mer pengar krävs för skrivarinstallationen, en utbildningsperiod och andra nödvändigheter.

Joseph DeSimone förutspår att skrivarna så småningom kommer att erbjuda många fördelar. I framtiden kan läkare kanske skapa stenter av rätt storlek för en patient under en operation. (Stent används för att hålla blodkärlen öppna.) Tandläkare kanske kan skriva ut tandimplantat medan en patient sitter i en tandläkarstol. Bildelar och andra tillverkade varor kan produceras snabbt när de behövs.

Många idéer inom teknik uppfyller inte sina förväntningar och sprutar ut. Andra är framgångsrika och gör det möjligt för tekniken att ta ett steg framåt och ibland förbättra våra liv avsevärt. CLIP 3D-utskriftstekniken kan vara en av de senare idéerna. Det blir väldigt intressant att se om detta är sant.

Referenser

• Joseph DeSimones TED 2015-tal från TED-webbplatsen.
• Ny teknik förvandlar 3D-utskrift från American Society of Mechanical Engineers
• Information om nya CLIP 3D-tryckmaterial från 3dprint.com
• Carbon samlar in 200 miljoner dollar i finansiering och kommer att arbeta med Adidas från tidningen TCT
• 3D-tryckpinnor och ansiktsskydd från Forbes

Den här artikeln är korrekt och sant så vitt författaren vet. Innehållet är endast av informations- eller underhållningssyfte och ersätter inte personlig rådgivning eller professionell rådgivning i affärsmässiga, ekonomiska, juridiska eller tekniska frågor.