Робокастинг (также известный как роботизированная экструзия материала [1] ) - это технология аддитивного производства , аналогичная Direct Ink Writing и другим технологиям 3D-печати на основе экструзии, в которых нить пастообразного материала экструдируется из небольшого сопла, в то время как сопло перемещается по платформе. [2] Таким образом, объект создается путем печати требуемой формы слой за слоем. Этот метод был впервые разработан в США в 1996 году как метод, позволяющий производить геометрически сложные керамические сырые тела с помощью аддитивного производства. [3]В робокастинге 3D-модель CAD делится на слои аналогично другим методам аддитивного производства. Материал (обычно керамическая суспензия) затем экструдируется через небольшое сопло, когда положение сопла контролируется, вычерчивая форму каждого слоя модели САПР. Материал выходит из сопла в жидком состоянии, но сразу сохраняет свою форму, используя реологическое свойство разжижения при сдвиге . Он отличается от моделирования наплавлением, поскольку он не зависит от затвердевания или высыхания, чтобы сохранить свою форму после экструзии.
Процесс
Робокастинг начинается с программного процесса. Метод импорта формы для печати состоит в том, чтобы разрезать файл STL (формат файла стереолитографии) на слои, толщина которых аналогична диаметру сопла. Деталь изготавливается путем экструзии непрерывной нити материала формы, необходимой для заполнения первого слоя. Затем либо столик перемещается вниз, либо сопло перемещается вверх, и следующий слой наносится по требуемому шаблону. Это повторяется до тех пор, пока трехмерная часть не будет завершена. Механизмы с числовым программным управлением обычно используются для перемещения сопла по расчетной траектории движения инструмента, создаваемой программным пакетом автоматизированного производства (CAM). Шаговые двигатели или серводвигатели обычно используются для перемещения сопла с точностью до нанометров. [4]
На этом этапе деталь обычно очень хрупкая и мягкая. Обычно следуют сушка, удаление вяжущего и спекание для придания детали желаемых механических свойств.
В зависимости от состава материала, скорости печати и условий печати, роботизированная обработка обычно может иметь дело с умеренными выступами и большими охватывающими областями, во много раз превышающими диаметр нити по длине, где структура не поддерживается снизу. [5] Это позволяет с легкостью печатать сложные периодические 3D-каркасы, чего нет в других технологиях аддитивного производства. Эти детали оказались многообещающими в области фотонных кристаллов , трансплантатов костей, подложек для катализаторов и фильтров. Кроме того, опорные конструкции также могут быть напечатаны из «ускользающего материала», который легко удаляется. Это позволяет печатать практически любую форму в любой ориентации.
Приложения
Этот метод позволяет производить неплотные керамические тела, которые могут быть хрупкими и должны быть спечены, прежде чем их можно будет использовать в большинстве случаев, аналогично мокрому глиняному керамическому горшку перед обжигом. Широкий спектр различных геометрических форм может быть сформирован с помощью техники, от твердых монолитных деталей [2] до сложных микромасштабных «каркасов» [6] и специально подобранных композитных материалов. [7] Робокастинг широко исследуется в производстве биологически совместимых тканевых имплантатов. Можно довольно легко сформировать многослойные решетчатые структуры, которые позволяют костям и другим тканям человеческого тела расти и в конечном итоге заменять трансплантат. С помощью различных методов медицинского сканирования была установлена точная форма недостающей ткани, введена в программу 3D-моделирования и распечатана. Стекло из фосфата кальция и гидроксиапатит широко исследовались в качестве материалов-кандидатов из-за их биосовместимости и структурного сходства с костью. [8] Другие потенциальные применения включают производство конкретных структур с большой площадью поверхности, таких как слои катализатора или электролиты топливных элементов . [9] Усовершенствованные композиты с металлической матрицей и керамической матрицей, несущие нагрузку, могут быть сформированы путем пропитки корпусов деревянных штабелей расплавленным стеклом, сплавами или суспензиями.
Робокастинг также использовался для нанесения полимерных и золь-гелевых чернил через сопла с гораздо меньшим диаметром (менее 2 мкм), чем это возможно с керамическими чернилами. [4]
Рекомендации
- ^ ASTM ISO / ASTM52900-15 Стандартная терминология для аддитивного производства - Общие принципы - Терминология, ASTM International, West Conshohocken, PA, 2015, https://doi.org/10.1520/ISOASTM52900-15
- ^ a b Фейлден, Эзра (2016). «Робокастинг конструкционных керамических деталей гидрогелевыми красками». Журнал Европейского керамического общества . 36 (10): 2525–2533. DOI : 10.1016 / j.jeurceramsoc.2016.03.001 . hdl : 10044/1/29973 .
- ^ Stuecker, J (2004). «Расширенные структуры поддержки для повышенной каталитической активности». Промышленные и инженерные химические исследования . 43 (1): 51–55. DOI : 10.1021 / ie030291v .
- ^ а б Сюй, Минцзе; Гратсон, Грегори М .; Duoss, Эрик Б.; Шеперд, Роберт Ф .; Льюис, Дженнифер А. (2006). «Биомиметическая силицификация трехмерных каркасов, богатых полиамином, собранных прямым написанием чернил». Мягкая материя . 2 (3): 205–209. DOI : 10.1039 / b517278k . ISSN 1744-683X . PMID 32646146 .
- ^ Смей, Джеймс Э .; Чезарано, Джозеф; Льюис, Дженнифер А. (2002). «Коллоидные чернила для направленной сборки трехмерных периодических структур». Ленгмюра . 18 (14): 5429–5437. DOI : 10.1021 / la0257135 . ISSN 0743-7463 .
- ^ Льюис, Дженнифер (2006). «Прямое рукописное написание трехмерных функциональных материалов». Современные функциональные материалы . 16 (17): 2193–2204. DOI : 10.1002 / adfm.200600434 .
- ^ Фейлден, Эзра; Ферраро, Клаудио; Чжан, Цинхуа; Гарсия-Туньон, Эстер; Д'Элия, Элеонора; Джулиани, Финн; Вандеперре, Люк; Саиз, Эдуардо (2017). «3D-печать на керамических композитах с биоинспирированием» . Научные отчеты . 7 (1): 13759. DOI : 10.1038 / s41598-017-14236-9 . ISSN 2045-2322 . PMC 5653810 . PMID 29062036 .
- ^ Миранда, П. (2008). «Механические свойства каркасов из фосфата кальция, изготовленных методом робокастинга». Журнал биомедицинских материалов . 85 (1): 218–227. DOI : 10.1002 / jbm.a.31587 . PMID 17688280 .
- ^ Kuhn, M .; Наппорн, Т .; Meunier, M .; Vengallatore, S .; Террио, Д. (2008). «Микро-изготовление однокамерных микротвердооксидных топливных элементов с прямой записью». Журнал микромеханики и микротехники . 18 : 015005. DOI : 10,1088 / 0960-1317 / 18/1/015005 .
Внешние ссылки
- Робокастинг , MIT Technology Review