С нуля: вывод технологии 3D-печати на новый уровень

Опорная ванна, используемая для поддержки структурной целостности напечатанных тканей, что позволяет печатать с анатомическими сложностями. Фото: Патрик Мэнселл / Penn State. Творческое сообщество

21 марта 2022 г.

Сара ЛаЖенесс

Тимоти Симпсон — счастливый обладатель изготовленных на заказ наручных часов, одних из немногих, которые в наши дни полностью производятся в Соединенных Штатах. Эти часы, созданные Vortic Watch Company, фирмой, принадлежащей выпускнику Пенсильванского университета Р. Т. Кастеру, представляют собой красивые карманные часы 1908 года, изготовленные в Уолтеме, штат Массачусетс, заключенные в титановый внешний корпус, напечатанный на 3D-принтере, и снабженные индивидуальным кожаным ремешком.

Благодаря 3D-печати «Vortic смог дать новую жизнь антиквариату и создать нишевый предмет роскоши высокого класса», — сказал Симпсон, временный заведующий кафедрой Школы инженерного дизайна, технологий и профессиональных программ и профессор Пола Морроу. в области инженерного проектирования и производства.

Большая часть привлекательности этой технологии, добавил Симпсон, заключается в том, что она обеспечивает уровень индивидуализации, невозможный при традиционном производстве. С помощью 3D-печати Vortic может создавать индивидуальные титановые фитинги для каждой уникальной модели часов, используя одну и ту же машину и размещая заказы после получения оплаты. Для Кастера и растущего числа других 3D-печать снизила барьеры на пути производства.

«Это демократизирует предпринимательство, особенно для стартапов, основанных на аппаратном обеспечении», — сказал Симпсон. «Предпринимателям не обязательно вкладывать миллионы долларов в машины и оборудование. Они могут просто купить пару принтеров и начать что-то производить».

«С точки зрения возможностей мы входим в число ведущих институтов в мире в области аддитивного производства».

Тим Симпсон, профессор Пола Морроу в области инженерного проектирования и производства

Действительно, примерно за 150 долларов каждый может выйти из Walmart с 3D-принтером, способным создавать все больше инструментов, игрушек и других безделушек. Однако в последние годы эта техника стала значительно более сложной; ее продукция выходит за рамки просто кусочков пластика и включает в себя высокотехнологичные изделия, изготовленные из металла, бетона, глины и даже биоматериалов. Исследователи из штата Пенсильвания находятся на переднем крае области, известной сейчас как аддитивное производство, работая над развитием возможностей 3D-печати с целью решения насущных проблем в области здравоохранения, жилья и транспорта, а также в других областях.

Другая игра с мячом

«Любой может купить принтер, научиться загружать в него материал и нажать «Давай», но проектирование деталей, которые действительно используют преимущества 3D-печати — то есть они лучше, быстрее и дешевле, чем компоненты, изготовленные традиционным способом, — это еще одна игра», — сказал он. Симпсон. «Вы должны понимать экономику, материалы, дизайн, процесс. Это контактный вид спорта; вам нужно общаться и разговаривать с экспертами во многих других дисциплинах, чтобы действительно хорошо выполнять аддитивные упражнения».

Способность исследователей Пенсильванского университета делать именно это — сотрудничать с коллегами из разных дисциплин для рассмотрения каждого компонента проблемы и ее решения — является сильной стороной университета, сказал Симпсон. «Благодаря этому, — добавил он, — с точки зрения возможностей мы входим в число ведущих институтов в мире в области аддитивного производства, и в результате мы продолжаем осваивать новые области».

Термин «аддитивное производство», как пояснил Симпсон, описывает использование 3D-печати для изготовления функциональных компонентов в производственных условиях. Этот процесс является «аддитивным», поскольку он создает объект, создавая его по одному слою за раз. «Представьте себе воду, капающую с потолка пещеры и откладывающую тонкие слои минералов, образующие сталагмиты на полу пещеры», — сказал он. Напротив, субтрактивное производство создает компоненты путем удаления материала до тех пор, пока конечная деталь не будет завершена. Аддитивный процесс по своей природе является более гибким и гораздо менее расточительным.

Эксперименты по аддитивному производству с направленным осаждением энергии исследуют влияние импульсной лазерной обработки на микроструктуру и свойства материала. Фото: Джейсон Болт, ARL, Пенсильванский университет. Все права защищены.