3D tiskárna nového typu tiskne “z kapaliny”

Firma svůj nový technologický postup nazvala jako Continuous Liquid Interface Production (CLIP), tedy “spojitá výroba pomocí kapalného rozhraní”. Běžné formy trojrozměrného tisku spočívají v neustálém a opakovaném přidávání velmi tenkých vrstviček materiálu na vrstvy předchozí. To se někdy negativně projevuje na odolnosti, trvanlivosti a na horších mechanických vlastnostech materiálu. Navíc doby tisku i jednoduchých součástek se často pohybují v řádech několika hodin.

Firma Carbon 3D zveřejnila video, na kterém tvorba malého (asi 5 centimetrů vysokého) modelu Eiffelovy věže trvá několik minut. Další video obsahuje průběh výroby modelu fullerenové molekuly. Modely se kontinuálně vynořují nebo rostou z lázně s kapalnou pryskyřicí. Výrobky zde ovšem nebyly pomalu tvarovány pomocí tiskové hlavice. Tvar modelu byl místo toho do kapalné pryskyřice vtištěn pomocí prostorově přesného vzorce osvitu ultrafialovými paprsky. Projektor ultrafialového záření je přitom umístěn pod nádobkou kapalné pryskyřice s průhledným dnem.

Kapalná pryskyřice reaguje na lokální, prostorově a časově proměnlivý osvit průběžným tuhnutím, které odpovídá procesu tzv. fotopolymerizace. Celý model je průběžně jakoby vytahován z nádobky s kapalnou pryskyřicí pomocí pohyblivé základny, na níž byla jedna strana pohyblivého modelu na začátku přichycena. Podrobný popis metody je zachycen v článku, který vyšel v časopisu Science 16. března 2015.

Výchozí surovinou nové metody 3D tisku je kapalná pryskyřice, která po osvitu ztuhne|foto: Carbon 3D

Při veškeré míře inovace, pokud jde o oblast trojrozměrného tisku, však není technologie CLIP přeci jen zcela nová. V zásadě jde totiž o modifikovanou metodu stereolitografie. Při klasické stereolitografii dochází k vyznačování prostorových obrazců v podobných fotocitlivých materiálech pomocí laserů. Působení laserů zde však nebývá moc spojité - lasery zpravidla musejí být při přechodu k osvitu dalších rovin a oblastí střídavě vypínány a zase zapínány. Příslušná kapalina v tomto procesu také tuhne prakticky hned. Oba tyto faktory způsobují určitou materiálovou nespojitost uvnitř stereolitograficky vyráběných součástek.

Odborníci z Carbon 3D však dosáhli toho, že osvit ultrafialovými paprsky je v případě metody CLIP plynulý a pryskyřice tuhne až s jistým malým časovým zpožděním a tedy plynuleji. Toto zpoždění je umožněno díky vhánění kyslíku do nádobky, ve které probíhá formování součástky. Dno nádobky je totiž nejen průhledné, ale také prostupné pro kyslík. Právě kyslík dočasně blokuje chemické reakce, které vedou ke změně kapalné pryskyřice v pevnou látku. Teprve když osvícená pryskyřice ztratí kontakt s kyslíkem, může ztuhnout. Dodávka kapalné suroviny do procesu “tisku” je v tomto případě také plynulá.

Řada pozorovatelů přirovnala tento proces k formování robota z kapaliny ve filmu Terminátor 2. Jde samozřejmě jen o metaforu, avšak podle dostupných údajů je technologie CLIP asi 25-100krát rychlejší než výroba pomocí běžných 3D tiskáren. Na snímcích z elektronového mikroskopu je také patrné, že součástky vyrobené technologií CLIP mají mnohem jemnější a pravidelnější texturu než součástky vyrobené postupným a pomalým nanášením materiálu. Firma Carbon 3D také tvrdí, že jejich postup může být levnější než dosavadní technologie trojrozměrného tisku. Výzkumníci se nyní snaží rozšířit působnost metody CLIP na co největší oblast plastických materiálů a jejich směsí.

Zdroje: Carbon3D, Serious Wonder, 3dprint, MIT Technology review, Scientific American, Science Magazine, Vox, PC Magazine, Popular Mechanics, Phys.Org, Popular Science