Laat je niet misleiden door de naam. Terwijl 3D-printers tastbare objecten printen (en best goed), gebeurt hoe ze het werk doen niet echt in 3D, maar in gewone oude 2D.

Werken om dat te veranderen is een groep voormalige en huidige onderzoekers van het Rowland Institute in Harvard.

Ten eerste, hier is hoe 3D-printen werkt:de printers leggen platte harslagen, die na blootstelling aan laserlicht tot plastic zullen uitharden, op elkaar, steeds weer van onder naar boven. Uiteindelijk krijgt het object, zoals een schedel, vorm. Maar als een stuk van de print overhangt, zoals een brug of een vleugel van een vliegtuig, is er een soort platte steunstructuur nodig om daadwerkelijk te kunnen printen, anders valt de hars uit elkaar.

De onderzoekers presenteren een methode om de printers te helpen hun naam waar te maken en een "echte" 3D-vorm van printen te leveren. In een nieuw artikel in Natuur , beschrijven ze een techniek van volumetrisch 3D-printen die verder gaat dan de bottom-up, gelaagde benadering. Het proces elimineert de noodzaak van ondersteunende structuren omdat de hars die het creëert zelfdragend is.

"Wat we ons afvroegen, is of we hele volumes kunnen printen zonder al deze ingewikkelde stappen te hoeven doen?" zei Daniel N. Congreve, een assistent-professor aan Stanford en voormalig fellow aan het Rowland Institute, waar het grootste deel van het onderzoek plaatsvond. "Ons doel was om eenvoudigweg een laser te gebruiken die rondbeweegt om echt patronen in drie dimensies te maken en niet beperkt te worden door dit soort laag-voor-laag-aard van dingen."

Het belangrijkste onderdeel van hun nieuwe ontwerp is het omzetten van rood licht in blauw licht door een zogenaamd opconversieproces toe te voegen aan de hars, de lichtreactieve vloeistof die in 3D-printers wordt gebruikt en die uithardt tot plastic.

Bij 3D-printen hardt hars uit in een vlakke en rechte lijn langs het pad van het licht. Hier gebruiken de onderzoekers nanocapsules om chemicaliën toe te voegen, zodat het alleen reageert op een bepaald soort licht - een blauw licht in het brandpunt van de laser dat wordt gecreëerd door het opconversieproces. Deze straal wordt in drie dimensies gescand, zodat hij op die manier wordt afgedrukt zonder dat hij ergens op gelaagd hoeft te worden. De resulterende hars heeft een grotere viscositeit dan bij de traditionele methode, zodat deze na het printen zonder ondersteuning kan staan.

"We hebben de hars ontworpen, we hebben het systeem zo ontworpen dat het rode licht niets doet", zei Congreve. "Maar dat kleine stipje blauw licht veroorzaakt een chemische reactie waardoor de hars uithardt en in plastic verandert. Dat betekent in feite dat je deze laser helemaal door het systeem laat gaan en pas bij dat kleine blauw krijg je de polymerisatie , [alleen daar] laat je het printen gebeuren. We scannen die blauwe stip rond in drie dimensies en overal waar die blauwe stip erop komt polymeriseren en je krijgt je 3D-afdruk."

De onderzoekers gebruikten hun printer om een ​​3D Harvard-logo, Stanford-logo en een kleine boot te produceren, een standaard maar moeilijke test voor 3D-printers vanwege het kleine formaat van de boot en fijne details zoals overhangende patrijspoorten en open cabines.

De onderzoekers, waaronder Christopher Stokes van het Rowland Institute, zijn van plan het systeem verder te ontwikkelen voor snelheid en het te verfijnen om nog fijnere details af te drukken. Het potentieel van volumetrisch 3D-printen wordt gezien als een game changer, omdat het de noodzaak van complexe ondersteuningsstructuren elimineert en het proces drastisch versnelt wanneer het zijn volledige potentieel bereikt. Denk aan de "replicator" uit "Star Trek" die objecten in één keer materialiseert.

Maar op dit moment weten de onderzoekers dat ze nog een hele weg te gaan hebben.

"We beginnen echt net aan de oppervlakte te komen van wat deze nieuwe techniek zou kunnen doen," zei Congreve. + Verder verkennen

Ingenieurs ontwikkelen nieuw soort 3D-printen