Forskare vid University of Cambridge har utvecklat en metod för att använda holografi i 3D-utskrift.
Holografi är en optisk metod för att producera och registrera ett tredimensionellt ljusfält genom att använda flera ljuskällor för att skapa ett interferensfält. Du har förmodligen sett hologram då och då; de är de där konstiga bilderna som plötsligt bryter ut i skenbar full 3D när de är ordentligt upplysta.
Vad som händer är att belysningen gör att inspelningen kan återge något som ligger nära det ursprungliga interferensmönstret, och därmed blir den ursprungliga 3D-bilden synlig.
Vad i hela friden skulle detta ha med 3D-utskrift att göra, undrar du? Det gjorde jag också, men det verkar finnas några mycket intressanta användningsområden för tekniken, särskilt när man utför pulverbäddfusion (PBF).
PBF och SLA frågor
PBF är en vanlig 3D-utskriftsprocess där hög energi, vanligtvis från en kraftfull laser, lyser upp en liten fläck på en platt bädd av fint pulver eller harts. Energin smälter den punkten, och ett helt lager spåras så småningom av lasern. Mer material appliceras och processen upprepas.
Problemet är att för att uppnå utskrifter med optimalt utformade interna mikrostrukturer måste man ha en mycket exakt kontroll över alla delar av utskriftsprocessen, inklusive omgivningstemperatur, syreprocent, pulverkvalitet och laserbelysning. Det är lätt att producera 3D-utskrifter som är sämre i styrka än de som tillverkas med konventionella tillverkningsprocesser, så detta är ett betydande hinder för att använda 3D-utskrift.
Som ett resultat har många tillverkare av 3D-skrivare lagt ner mycket tid och ansträngning på att förfina sin PBF- och SLA-process för att säkerställa 3D-utskrift av bästa kvalitet. Men det finns alltid utrymme för förbättringar, och det är precis vad den holografiska forskningen kan göra.
3D Laser 3D-utskrift
Den holografiska metoden möjliggör mycket bättre kontroll av belysningen. UC förklarar:
"Datorgenererade hologram kan dock hjälpa till att få fördelningen av denna energi under kontroll i tre dimensioner snarare än två, som ett resultat av optisk diffraktion (böjning av ljusvågor runt ett hinder). Smältprocessen kan sedan övervakas i realtid och hologrammet kan räknas om för att kontrollera formen, kvaliteten och materialet i AM-processen.”
Detta övervinner problemet med varianser i materialet som orsakar inkonsekvent stelning. I teorin kan detta övervakas och kontrolleras, och det kan till exempel innebära mycket starkare 3D-utskrifter av metall. Detta tillvägagångssätt skulle också fungera för polymera PBF- och SLA-system.
All-Layer PBF?
Det finns en annan mycket dramatisk möjlighet med denna nya form av laserbelysning: samtidig produktion av ett helt lager på en gång. Teammedlem och doktorand i Ultra Precision Engineering Peter Christopher förklarar:
"Syftet är att smälta ett helt lager metallpulver samtidigt, och därigenom förbättra tillverkningshastigheten, samt att ta bort många av de termiska problem som upplevs i nuvarande tillvägagångssätt."
Om jag förstår detta rätt betyder det att den holografiska tekniken potentiellt kan skapa ett ljusfält som motsvarar den nödvändiga belysningen för ett helt PBF-skikt, för både metall- och polymermiljöer. Om tillräckligt med energi når varje pixel på utskriftsytan kan detta innebära en extremt betydande ökning av PBF-utskriftshastigheterna, som är bland de långsammaste i 3D-utskriftsvärlden.
Naturligtvis är detta bara forskning vid det här laget, men jag tror att potentialen är enorm och därför kan vi se den här typen av lasersystem dyka upp i framtidens kommersiella 3D-skrivare.
