Het idee om een ​​fysiek object te maken van een digitaal bestand is fascinerend. Het roept herinneringen op aan de replicators in Star Trek die alles kunnen maken, van kleding tot ruimteschipcomponenten tot verschillende soorten voedsel. Het huidige 3D-printen maakt indrukwekkende vorderingen in die richting, tot grote belangstelling van vele fabrikanten. Het is nu mogelijk om de componenten voor geavanceerde elektronische apparaten te printen met vrij eenvoudige apparatuur, bijvoorbeeld - zoals mijn onderzoeksteam zojuist heeft aangetoond door te produceren wat volgens ons de eerste 3D-geprinte microfoon is.

Het is mogelijk geworden om te 3D-printen met heel veel verschillende materialen, waaronder hout en zilver. De meeste machines zijn beperkt tot synthetische stoffen, echter, zoals kunststoffen, rubberachtige polymeren en nylons. Machines printen meestal maar één materiaal tegelijk, of wissel tussen een palet van twee of drie materialen. Maar dat laat nog genoeg potentieel over, vooral door materialen verschillende eigenschappen te geven. Dit doe je door er nanodeeltjes van een ander materiaal bij te mengen dat de eigenschappen heeft die je zoekt.

Als u wilt dat uw drukwerk geleidend is, bijvoorbeeld, je voegt zilver toe, nanobuisjes van goud of koolstof. Dit maakt het mogelijk om elektronische schakelingen te printen. Als je een materiaal piëzo-elektrisch wilt maken - wat betekent dat het een elektrische lading kan genereren als je erin knijpt - kun je bariumtitanaat toevoegen. Dit kan worden omgezet in een sensor voor het detecteren van zaken als geluid of warmte; of in een actuator, dat is een apparaat dat andere componenten laat bewegen.

Door te wisselen tussen circuits, sensoren en actuatoren in één print, u kunt een volledig werkend 3D-onderdeel maken. Mensen gebruiken deze techniek de afgelopen jaren om zaken als optische componenten te printen voor, zeggen, lenzen of panelen; en versnellingsmeters - apparaten die de beweging van alles meten, van menselijke hardloopsnelheden tot aardbevingen. Evenzo stelde het ons in staat om onze microfoon te bouwen, het in slechts zes uur van digitaal bestand naar realiteit brengen.

Pimp je plastic

Idealiter hadden we een van de populaire MakerBot 3D-printers gebruikt, die beginnen bij minder dan £ 1, 000, maar ze houden er niet van als je kleine deeltjes aan je materialen toevoegt. Ze werken door een filament van plastic hars uit te persen, die vervolgens ondergaat wanneer het afkoelt, maar nanodeeltjes hebben de neiging om dit systeem aan te tasten, vooral als je er genoeg in stopt om de nieuwe eigenschappen krachtig te maken.

In plaats daarvan gebruikten we een Asiga Pico 27 ​​plus, die meer dan £ 6 kost, 000. Het maakt gebruik van een systeem dat digitale lichtverwerking wordt genoemd, waar het plastic stolt door blootstelling aan ultraviolet licht. Het licht krijgt een patroon door het te weerkaatsen 4, 000 digitale microspiegels zoals die worden gebruikt in filmprojectoren voor thuisgebruik. Om een ​​maquette te maken, je projecteert gewoon een reeks 2D-beelden op het vloeibare plastic, het model iets naar boven verplaatsen telkens wanneer een laag stolt. De nanodeeltjes veranderen de hoeveelheid blootstelling aan het licht die de hars nodig heeft, en hebben de neiging om het licht te absorberen of te verstrooien, maar als je hier eenmaal rekening mee hebt gehouden, printen kan vrij vlot gaan.

Een nadeel van digitale lichtverwerking is dat het niet vriendelijk is om van materiaalsoort te veranderen. Doordat het materiaal begint in de vorm van een vloeibare hars, het moet in een vat zitten:het model wordt elke keer dat er een nieuwe laag wordt afgedrukt in de vloeistof gedompeld. Om het materiaal te veranderen, je moet alles stoppen en de vaten handmatig verwisselen voordat je opnieuw begint met de volgende afbeeldingslaag.

Je kunt dit verminderen door een gat in je model te maken op de plek waar je een ander materiaal wilt toevoegen. U kunt dan materialen verwisselen en overdrukken in het gat, waardoor u een 3D-geprint onderdeel krijgt met onderling verbonden verschillende eigenschappen.

wat dan ook

De technische uitdagingen van het 3D-printen van een werkende microfoon liggen grotendeels in procesbeheersing, de blootstelling van UV-licht tot op de milliseconde timen en de verschillende materialen zorgvuldig combineren en mengen. Het eindresultaat was een apparaat dat zich min of meer gedraagt ​​als een normale microfoon, behalve met een iets slechter signaal tot ruisniveau, en met een beetje teveel elektrische weerstand in de geleidende lagen. Het zou niet zo goed zijn als de op siliconen gebaseerde microfoon die je in je smartphone zou vinden, bijvoorbeeld.

Andere mensen die nanocomposieten met 3D-printen zijn tegen soortgelijke problemen aangelopen. Bij het maken van de optische componenten of versnellingsmeters die ik eerder noemde, mensen hebben meestal geprobeerd het beste van twee werelden te krijgen door vooraf gebouwde microchips en sensoren in geprinte onderdelen in te bouwen of door het plastic aan te passen nadat het is gebouwd. We zijn niet in het stadium waarin u zou kunnen afdrukken, zeggen, een smartphone from scratch die naam waardig:de Samsungs en Apples zijn nog even veilig.

Toch openen onze huidige technische mogelijkheden nog steeds de deur naar een aantal verbazingwekkende mogelijkheden - deels omdat goede actuatoren gemakkelijker te printen zijn dan goede sensoren. Welkom in het opkomende gebied van zachte robotica, waar het potentieel is om handen af ​​te drukken die even zacht en precies grijpen als de menselijke versie; of nanobots die zichzelf origami-achtig uitpakken wanneer ze het relevante deel van het lichaam bereiken; of zelfs volledige robots zoals deze vis, die de complexe bewegingen van dieren kan nabootsen.

Prototypes van deze dingen bestaan ​​eigenlijk al, hoewel nog steeds een combinatie van gedrukte en niet-bedrukte componenten. Een decennium vanaf nu, ze zullen waarschijnlijk volledig kunnen worden afgedrukt. Dus net als de Star Trekkers van de 24e eeuw, er is geen reden waarom u niet snel een bestand voor veel opmerkelijke apparaten zou kunnen selecteren en ze op bestelling zou kunnen afdrukken. Een zachte robottentakel, jij zegt? Daar is nog niet echt een app voor, maar het is slechts een kwestie van tijd.

Dit artikel is opnieuw gepubliceerd vanuit The Conversation onder een Creative Commons-licentie. Lees het originele artikel.