По мнению китайских ученых из Университета Цзяннань, будущее будет зависеть от керамического раствора и 3D-печати.
Под руководством профессора Лю Рена университетские ученые разработали метод, который позволяет создавать сложные формы, которые ранее были невозможны с помощью традиционной 3D-печати. Они достигли этого, создав керамическую смесь, которая почти мгновенно затвердевает под воздействием ближнего инфракрасного света.
Преимущества более ранних процессов, используемых в 3D-печати, часто сводились на нет проблемами точности, скорости и экономичности.
Стереолитография, например, которая использует лазерные лучи для сплавления мелких частиц пластика, металла, стекла или керамического порошка в твердый объект, как правило, требует создания поддерживающих структур для удержания крупномасштабных структур или структур необычной формы на месте до тех пор, пока компоненты не затвердеют. Это увеличивает время и стоимость крупных проектов.
Использование поддерживающих структур — будь то в стереолитографии или других связанных подходах — также требует их возможного удаления. Это создает потенциальные проблемы, связанные с точностью размеров и гладкостью поверхности. Кроме того, удаление опорных конструкций может привести к микротрещинам и даже разрушению конструкции из-за дополнительной нагрузки от веса.
Альтернативные процессы производства керамики, которые позволяли производить без использования опорных конструкций, использовали ультрафиолетовый свет для упрочнения компонентов. Эти процессы выиграли от большего пространственного контроля на этапе закалки. Но этому подходу препятствовали ограничения способности ультрафиолетового света проникать в керамические суспензии.
Ученые из Цзяннаньского университета нашли обходной путь. Они обнаружили, что могут создавать объекты с большей долговечностью и более быстрым временем производства, используя свою керамическую пасту с процессом отверждения, основанным на ближнем инфракрасном свете, а не на ультрафиолетовом свете.
«Регулируя интенсивность облучения и скорость печати, керамический шлам можно отверждать на месте во время экструзии без использования подложек», — заявили ученые в своем отчете, недавно опубликованном в журнале Nature Communications.
«Повышение прочности и самонесущей способности экструдированных нитей повышает точность изготовления. Что еще более важно, гибкость 3D-печати [облегчает] печать под малым углом или даже горизонтальных выступов без дефектов провисания или наклона».
Они смогли построить сложные объекты, которые были достаточно прочными, чтобы сохранять свою форму и устойчивость в воздухе сразу после выдавливания из сопла принтера.
Сравнив результаты между ультрафиолетовыми и ближними инфракрасными процессами, ученые обнаружили существенные различия. Когда они проверили глубину отверждения (отверждения) суспензии, они обнаружили, что под действием ультрафиолетового света глубина отверждения достигла 1,02 мм спустя немногим более двух минут. Но с ближним инфракрасным светом глубина отверждения была в три раза больше, чем с ультрафиолетовым светом, а время воздействия составляло всего 3 секунды.
Подводя итоги, ученые заявили: «Оптимизируя компоненты чернил и параметры печати (диаметр сопла, давление экструзии, скорость движения, интенсивность света и т. д.), можно получать объекты с более высоким разрешением и уникальным внешним видом».
Они выразили уверенность, что дальнейшие исследования подхода к печати в ближнем инфракрасном диапазоне «керамические геометрические формы, произведенные без поддержки, помогут создать больше инноваций и [расширить] применение технологий аддитивного производства».