Jak fungují stokrát rychlejší tiskárny CLIP?  
Prý za jejich vznik může Hollywood s jejich robotem rostoucím z kaluže rozteklé hmoty. Pak stačil jen nápad s průhlednou deskou prostupnou pro kyslík, který inhibicí polymerizace dal vznik „mrtvé zóně“. Tou může do aktivního rozhraní proudit stále nová kompozitní pryskyřice. Tam, kde se na ní posvítí UV zářením, materiál tuhne a to je celé tajemství až stonásobně rychlejšího tisku, než jakého dosahují jiné 3D tiskárny.
Původce nové tiskárny, Cameronův Terminátor 2.
Původce nové tiskárny, Cameronův Terminátor 2.
S 3D tiskárnami se doslova roztrhl pytel. Lékaři s nimi začínají tisknout náhradní kousky lidských těl.  Například chybějící úseky cév, jícnu a močové měchýře,  ale blýská se na lepší časy. Dopravce do vesmíru zase dohnala k tisku nouze. Vyrábí tak levnější motory do raket. Ze stejného důvodu vyprazdňují letecké společnosti své sklady. Místo regálů se spoustou náhradních dílů, z nichž většina nedojde nikdy užitku, instalují tiskárny. Firma Local Motors v říjnu loňského roku otestovala první 3D tiskem vyrobené auto. Trval 44 hodin a pod přezdívkou Strati.ho vystavili na letošním Auto Show v Detroitu ale moc slávy tím nezískali. Šlo prakticky jen o tisk samonosné karoserie a navíc tam už měli konkurenci - autíčko Shelby Cobra. To vytiskli v Oak Ridge Laboratory. Jim od návrhu po tisk stačilo už jen šest týdnů, navíc bylo hezčí. Architekti u svých modelů už také odložili nůžky, lepidlo a papír.
Tiskárna CLIP (Kredit: Carbon3D)
Tiskárna CLIP (Kredit: Carbon3D)
Teenageři se na youtube předvádějí kdo má lepší plastovou hračku střílející devítimilimetrové projektily, jaké používá armáda a policie. Výrostky zahanbení strojaři kontrovali zbraní, na níž je vytištěná i hlaveň s „vývrtem“. V Číně jsou na praktičtější věci a tak to zkoušejí s tiskem hrubé stavby domků, za dvacet hodin jeden.  Movití rodiče v Minnesotě pro své ratolesti tisknou zahradní  hrady , nebo jim koupí tiskárnu, která už umí i skenovat. Pak  ale lamentují, že se jim do obýváku stěhujehračkářský průmysl.  Další forsáž 3D tisku do domácností a hlavně do dalších oborů, by měly přinést superrychlé tiskárny využívající zcela nový princip tisku. Nesou visačku CLIP a za jejich vznik vděčíme sci-fi filmům.

 

CLIP

Zkratka vznikla ze začátečních písmen Continuous Liquid Interface Production Technology a přeložit jde jako technologie průběžné produkce v tekutém rozhraní. Poprask ve světě 3D vzbuzuje nejen tím, že ve srovnání s konkurencí by tisk měl být sice o něco dražší, ale že je o jeden až dva řády rychlejší a přitom dosahuje rozlišení pod sto mikronů.




Schema nové tiskárny. Spodní pojektor fokusuje paprsky do „obrazů“ kde chceme aby tekutá hmota ztvrdla. Světle zelená plocha je deska prostupná pro kyslík, nad ní je tenká mrtvá zóna (ded zone). Ještě o něco výš pak probíhá vlastní „tisk“.  (Kredit:  Carbon3D )
Schema nové tiskárny. Spodní pojektor fokusuje paprsky do „obrazů“ kde chceme aby tekutá hmota ztvrdla. Světle zelená plocha je deska prostupná pro kyslík, nad ní je tenká mrtvá zóna (ded zone). Ještě o něco výš pak probíhá vlastní „tisk“. (Kredit: Carbon3D )
Každý jsme už asi byl u zubaře, kde nám dávali plombu, na kterou pak posvítili něčím modrým a při odchodu se s námi sestřička už neloučila obligátním: „Dvě hodiny nekousat!“, jako tomu bývalo za dob amalgámových. Na stejném principu využití fotokompozitních pryskyřic stojí i tiskárna CLIP. Technicky v mnohém připomíná stereolitografii, jen ten proces přivedla do kontinuálního konce. Vytvářený předmět přirůstá z „aktivní vrstvy“ a tak se musí neustále vytahovat. Nádoba, ve které se tiskne, je současně zásobníkem tekutého materiálu a požadovaný tvar součástky vytváří spodní projektor vysílající sled obrazců v ultrafialovém spektru, ty materiál vytvrzují.

 


Rozdíl mezi klasickou stereolitografií (SL) a CLIP je v detailu - místo tenké „jednorázovky“ lze s CLIP tisknout kontinuálně. Stačí jen hotový materiál odstraňovat ze zóny tisku směrem nahoru, pak mrtvou zónou „přitéká“ stále nová surovina a tisk může pokračovat. (Kredit:  Carbon3D )
Rozdíl mezi klasickou stereolitografií (SL) a CLIP je v detailu - místo tenké „jednorázovky“ lze s CLIP tisknout kontinuálně. Stačí jen hotový materiál odstraňovat ze zóny tisku směrem nahoru, pak mrtvou zónou „přitéká“ stále nová surovina a tisk může pokračovat. (Kredit: Carbon3D )
Nejfikanější částí tiskárny je dno vaničky. Tvoří ho deska prostupná pro kyslík. Musí být současně  průhledná, aby se skrz ní dalo svítit do míst, kde chceme aby materiál tvrdl. Pro plyn prostupná plocha vytvoří na sobě něco, co vynálezci nazvali „mrtvou zónou“. Mrtvou proto, že tam k polymerizaci materiálu nedochází. Ne, že by tam pronikající UV světlo nevyvolávalo vznik volných radikálů a ty se nesnažily spustit proces polymerace. Mají smůlu v tom, že je v místně přítomné molekuly kyslíku okamžitě zpacifikují za vzniku peroxidu. Tím jsou v nechtěném místě polymerační choutky materiálu zažehnány. Poněkud dále od dna (tedy výše), kam se molekuly plynu prostupující spodní deskou už neproderou, volné radikály zajistí to, co dělají nejraději - iniciují polymeraci. K té dochází ve vrstvě nad zónou mrtvou (kde převládá moc kyslíku a kde pryskyřice zůstává ve stavu kapalném). K vlastnímu tisku prakticky dochází plošně v rovině kde se při svitu UV obrazců o nadvládu přetahují inhibice a polymerace. Proces je tak přesný, že ostrost promítaného obrazu dovolí vykouzlit na součástce výstupky a prohlubně o tlouštce jedné čtvrtiny běžného kancelářskho papíru. S tou rychlostí tisku je to kapku složitější. Závisí na celé řadě faktorů. Jednak na použitém fotoiniciátoru spouštějícím polymerizaci a také koncentraci v jaké byl do použité směsi namíchán. Podle něj se volí vlnová délka UV záření, aby co nejlépe předávalo svou energii a tisk se nezdržoval. Hlídat se musí i viskozita vstupního materiálu. Ta do rychlosti tisku mluví zase tím, že ovlivňuje jak rychle onou tenkou mrtvou zónou, zvládne do míst, kde se děje to nejdůležitější, potřebný materiál přitékat.    Nový typ tiskárny je možno „krmit“ celou řadou náplní. Úspěšně byl vyzkoušen  například běžně dostupný trimetylolpropan triakrylát (prodávaný pod zkratkou TMPTA) s fotoiniciátorem difenyl(2,4,6-trimetyl-benzoyl)fosfin oxidem. Požadavku na větší pevnost výrobku poněkud lépe vyhovovala kombinace monomerů Sartomer (CN2920 a CN981), TMPTA, s rozpouštědly n-vinylpyrrolidon, isobornyl akrylát, případně cyclohexan dimetanol di-vinyl eter.  Jako fotoiniciátory lze ale použít i fenylbis(2,4,6-trimetyl-benzoyl)fosfin oxid, či 1-hydroxycyklohexyl fenyl keton.

 

Video: To, co jiným trvá hodiny, nová technologie vyrobí z polymerů v několika minutách a s přesností pod 100 mikrometrů.

 

Spektrum vhodných materiálů se bude rozšiřovat podle specifických požadavků uživatelů. Poněkud nepříjemnou záležitostí u nové tiskárny je, že před použitím nového materiálu, nebo po změně poměru jednotlivých komponent ve směsi, ale i po přidání barviva, je nutné buďto značně složitě počítat a tiskárnu podle toho kalibrovat, nebo našinci bližším stylem pokus – omyl, vyzkoušet která z variant kvalitou i rychlostí nám bude vyhovovat. Odměnou by pak měl být bleskový tisk a tvary, o jakých se jiným tiskárnám ani nesní.

Porovnání strukturální homogenity výrobku získaného technikou CLIP a tiskárnou pracující klasickou technikou nanášením vrstvy za vrstvou, z pohledu elektronovým mikroskopem.  (Kredit:  Carbon3D )
Porovnání strukturální homogenity výrobku získaného technikou CLIP a tiskárnou pracující klasickou technikou nanášením vrstvy za vrstvou, z pohledu elektronovým mikroskopem. (Kredit: Carbon3D )


Časovou úsporu ukázal test těch lepších tiskáren, běžně dostupných na americkém trhu. Všechny dostaly úkol zhotovit perforovaný míček, strukturu, která je pro tiskárny oříškem, je na ní hned vidět, když je něco špatně, to je potom místo koule šiška, nebo když se nedodrží tloušťka spojů, špatně „skáče“. Proto se na nich ráda (nerada) zkouší kvalita tiskárny.  Zatímco nejoblíbenějším klasickým „Polyjetům“ výroba kuličky trvala tři hodiny, nová technologie CLIP to zvládla za šest a půl minuty. Jinému typu tiskáren označovaných jako SLS, to zabralo ještě půl hodiny navíc a nejpomalejší SLA tiskárny, se s mičudkou praly celou pracovní směnu (11,5 hodiny).

Jedno z předpokládaných využití CLIP tisku. (Kredit: Carbon3D)
Jedno z předpokládaných využití CLIP tisku. (Kredit: Carbon3D)


Kromě rychlosti tisku a nedostižných tvarů, má nová technologie ještě jednu přednost o níž jsme se zatím nezmínili. Stávající tisk spočívá v pokládání vrstev na sebe a ty se „nějak“ pospojují. Ať už jde o spékání prášku laserem, nebo natavování plastu, vždy kompaktnost materiálu mezi jednotlivými vrstvami utrpí a je semeništěm skrytých vad. Při kontinuální polymeraci u nové tiskárny k ničemu takovému nedochází. Rozdíly v „propojení vrstev“ vyniknou na řezu pohledem rastrovacího elektronového mikroskopu. 
Ambice nového způsobu tisku jsou značné. Nejdříve se jeho uplatnění očekává ve zdravotnictví. Nabízí mu o celé hodiny kratší výrobu individuálních protéz, různých senzorů, stentů k nápravě zúžených cév a dýchacích cest, mikrojehel pro méně bolestnou aplikaci léků,... Zkrátka by ale neměli přijít ani atleti. Sportovcům z jejich oblíbených elastomerů, slibuje tisk na míru. Senioři, kteří už tolik nesportují, asi nejvíc ocení, že nebudou muset tak dlouho šišlat při čekání na nové zuby a taky, že je nebudou nikde tlačit.

 

 

Video: Joseph DeSimone: What if 3D printing was 100x faster?



Literatura
http://carbon3d.com/ J. R. Tumbleston, D. Shirvanyants, N. Ermoshkin, R. Janusziewicz, A. R. Johnson, D. Kelly, K. Chen, R. Pinschmidt, J. P. Rolland, A. Ermoshkin, E. T. Samulski, J. M. DeSimone. Continuous liquid interface production of 3D objects. Science, 2015; DOI: 10.1126/science.aaa2397University of North Carolina at Chapel Hill. Research Group of Prof. Joseph DeSimone, Department of Chemistry and Lineberger Comprehensive Cancer Center.

Datum: 20.03.2015 16:53
Tisk článku

Související články:

Mobilní biotiskárna tiskne živou kůži zraněným přímo v terénu     Autor: Stanislav Mihulka (02.03.2019)
Zapomeňte vše, co jste věděli o 3D tisku: Přichází Replikátor!     Autor: Stanislav Mihulka (02.02.2019)
Hewlett-Packard brzy zahájí masovou výrobu revoluční 3D tiskárny na kov     Autor: Stanislav Mihulka (14.09.2018)
Nová technologie nabízí rekordní rozlišení elektronového mikroskopu     Autor: Stanislav Mihulka (24.07.2018)
O chytrém magnetickém silikonu, co dokáže divy     Autor: Dagmar Gregorová (15.06.2018)



Diskuze:

Je mi to povědomé

Oskar Zemcik,2015-03-21 10:35:27

Na té technologii nic nového nevidím. S tímto principem jsem se před zhruba 4 roky setkal u jednoho španělského studenta, který na to přišel a vytvořil to od nuly. A dnes jde běžně koupit několik různých typů hotových tiskáren. Principielně je to to samé, čili promítání obrazu zespoda, přidávání polymeru do nádoby a postupné zvedání hotového dílu v ose z. Ten španěl tehdy sliboval uveřejnění plánů pod GPL, což později pokud vím neudělal.
Jediné co je tu navíc je vrstva "s kyslíkem" na dně. Normálně se tam používá tenká vrstva průhledného silikonu. A co do rychlosti to taky není žádný zázrak. Sice to zvládá každou vrstvu v několika vteřinách (tehdy to bylo 9s na vrstvu a vrstva byla desítky um), ale zase to tiskne jen rozměrově malé díly takže z hlediska vytisklého objemu to bylo celkem pomalé.
Co se týká nákladů na tisk tak se dají sehnat materiály za podobnou cenu jako pro fdm tj. 500kč/litr.

Odpovědět


Starší verze

Martin Krupicka,2015-03-23 08:06:39

Máte pravdu, že podobné téma už opracovávají delší dobu:
http://b9creator.com/
https://code.google.com/p/lemoncurry/wiki/main

Jediný zásadní rozdíl zde prezentované oproti starším je ta tenká vrstva nade dnem, kde polymerace neprobíhá. Tím by mohlo být dosaženo vyššího rozlišení a kvality, protože u výše uvedených probíha polymerace prakticky hned na dně. Je tedy problém definovat tloušťku přirůstající vrstvy a dodávat tam čerstvou pryskyřici.

Podle tvrdých faktů to ovšem vypadá, že žádnou takovou výhodu nemají, rozlišení i rychlost je srovnatelná s výše uvedenými staršími typy. Kyslíková vrstva má možná jen vypadat složitě, aby to odradilo šťouraly. A taky to vypadá, že mají dostatek venture kapitálu, který asi chce myšlenku pořádně podojit, takže tlačí propagaci a prodej. Nebudou tedy logicky říkat, že prakticky totéž už tady pár let je a stojí $5000.

Odpovědět




Pro přispívání do diskuze musíte být přihlášeni












Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte. Další informace