Si bien la fabricación aditiva, comúnmente conocida como impresión 3D, permite a los ingenieros y científicos construir piezas en configuraciones y diseños nunca antes posibles, el impacto de la tecnología se ha visto limitado por métodos de impresión basados en capas, que pueden tardar hasta horas o más.días para construir piezas tridimensionales en función de su complejidad.
Sin embargo, mediante el uso de imágenes en 3D similares a hologramas generadas por láser que se transforman en resina fotosensible, los investigadores del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore, junto con colaboradores de UC Berkeley, la Universidad de Rochester y el Instituto de Tecnología de Massachusetts MIT, handescubrió que pueden construir piezas complejas en 3D en una fracción del tiempo de la impresión tradicional capa por capa. El enfoque novedoso se llama impresión 3D "volumétrica" y se describe en la revista avances científicos , publicado en línea el 8 de diciembre.
"El hecho de que pueda hacer piezas completamente en 3D en un solo paso realmente supera un problema importante en la fabricación aditiva", dijo el investigador de LLNL, Maxim Shusteff, autor principal del artículo. "Estamos tratando de imprimir una forma en 3D enAl mismo tiempo. El objetivo real de este artículo era preguntar: "¿Podemos hacer formas 3D arbitrarias todas a la vez, en lugar de juntar las partes gradualmente capa por capa?" Resulta que podemos ".
La forma en que funciona, explicó Shusteff, es superponiendo tres rayos láser que definen la geometría de un objeto desde tres direcciones diferentes, creando una imagen 3D suspendida en la tina de resina. La luz láser, que tiene una intensidad más alta donde los rayosintersectan, se mantiene durante unos 10 segundos, tiempo suficiente para curar la pieza. El exceso de resina se drena de la tina y, aparentemente como por arte de magia, los investigadores se quedan con una pieza 3D completamente formada.
El enfoque, concluyeron los científicos, da como resultado piezas construidas muchas veces más rápido que otros métodos basados en polímeros, y la mayoría, si no todos, los métodos comerciales de AM utilizados en la actualidad. Debido a su bajo costo, flexibilidad, velocidad y versatilidad geométrica, ellos investigadores esperan que el marco abra una nueva e importante dirección de investigación en impresión 3D rápida.
"Es una demostración de lo que puede ser la próxima generación de fabricación aditiva", dijo el ingeniero de LLNL Chris Spadaccini, que dirige el esfuerzo de impresión 3D de Livermore Lab. "La mayoría de las tecnologías de fabricación aditiva e impresión 3D consisten en una o dosoperación de unidad dimensional. Esto mueve la fabricación a una operación completamente 3D, que no se ha hecho antes. El impacto potencial en el rendimiento podría ser enorme y si puede hacerlo bien, aún puede tener mucha complejidad ".
Con este proceso, Shusteff y su equipo imprimieron vigas, planos, puntales en ángulos arbitrarios, celosías, objetos complejos y curvados de forma única. Si bien la impresión 3D convencional tiene dificultades para abarcar estructuras que podrían combarse sin soporte, dijo Shusteff, la impresión volumétrica no tienetales restricciones; muchas superficies curvas se pueden producir sin artefactos de capas.
"Esta podría ser la única forma de hacer AM que no requiera capas", dijo Shusteff. "Si puede alejarse de las capas, tiene la oportunidad de deshacerse de las crestas y las propiedades direccionales. Porque todas las características dentro dellas piezas se forman al mismo tiempo, no tienen problemas de superficie ".
"Espero que esto inspire a otros investigadores a encontrar otras formas de hacer esto con otros materiales", agregó. "Sería un cambio de paradigma".
Shusteff cree que la impresión volumétrica podría hacerse aún más rápido, con una fuente de luz de mayor potencia. Los materiales extra suaves como los hidrogeles podrían fabricarse por completo, dijo, que de otro modo se dañarían o destruirían por el movimiento de los fluidos. La impresión 3D volumétrica también esla única técnica de fabricación aditiva que funciona mejor en gravedad cero, dijo, ampliando la posibilidad de producción espacial.
La técnica tiene limitaciones, dijeron los investigadores. Debido a que cada haz se propaga a través del espacio sin cambiar, existen restricciones en la resolución de la pieza y en los tipos de geometrías que se pueden formar. Las estructuras extremadamente complejas requerirían muchos rayos láser que se cruzan y limitaríanel proceso, explicaron.
Spadaccini agregó que también se necesitarían química e ingeniería de polímeros adicionales para mejorar las propiedades de la resina y ajustarlas para hacer mejores estructuras.
"Si dejas la luz encendida demasiado tiempo, comenzará a curar en todas partes, por lo que hay un juego de tiempo", dijo Spadaccini. "Gran parte de la ciencia y la ingeniería es averiguar cuánto tiempo puedes mantenerla encendida y con qué intensidad, y cómo eso se combina con la química ".
El trabajo recibió financiamiento del programa de Investigación y Desarrollo Dirigido por Laboratorio LDRD. Investigadores adicionales de LLNL que contribuyeron al proyecto fueron Todd Weisgraber y Robert Panas, Lawrence Graduate Scholar y la estudiante de doctorado de la Universidad de Rochester Allison Browar, estudiantes graduados de UC BerkeleyBrett Kelly y Johannes Henriksson, junto con el profesor Nicholas Fang del MIT.
Fundado en 1952, Laboratorio Nacional Lawrence Livermore www.llnl.gov brinda soluciones a los desafíos de seguridad nacional más importantes de nuestra nación a través de ciencia, ingeniería y tecnología innovadoras.El Laboratorio Nacional Lawrence Livermore es administrado por Lawrence Livermore National Security, LLC para la Administración Nacional de Seguridad Nuclear del Departamento de Energía de EE. UU.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Laboratorio Nacional Lawrence Livermore . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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