Исследователи из Ливерморской национальной лаборатории разработали технологию, которая может многократно ускорить 3D-печать металлом. В отличие от существующих методов, в которых лазерный луч последовательно перемещается по слою печатаемого материала, в новой технологии лазер спекает весь слой одновременно. Исследование опубликовано в журнале Optics Express.

Металлическая 3D-печать уже используется в серийном производстве, позволяя печатать изделия сложной формы. Однако скорость такой печати все еще остается невысокой, и печать одной детали может занимать несколько дней. Это сильно ограничивает ее применение.

Обычно металлическая 3D-печать происходит следующим образом: лазерный луч последовательно перемещается по рабочей поверхности принтера, спекая нанесенный на нее металлический порошок. После прохождения лучом всей поверхности на нее добавляется новый порошок и процесс повторяется для каждого слоя. При высоком разрешении печати луч проходит большое количество полос в слое и большое количество слоев.

Часть экспериментальной установки, собранной учеными. Manyalibo J. Matthews et al. / Optics Express, 2017

Ученые решили создать технологию, которая была бы лишена этого недостатка, и радикально повысить за счет этого скорость печати. Представленная технология основана на использовании лазерного модулятора из жидких кристаллов, который служит динамическим «трафаретом» для лазерного излучения. Метод можно описать следующим образом. В систему загружается файл с трехмерной моделью печатаемого изделия, которое разбивается на слои. Затем массив синих светодиодов проецирует на фотопроводящую пластину изображение печатаемого слоя. За пластиной находится массив из жидких кристаллов. При проецировании изображения пластина начинает проводить электричество в областях, облученных светом, из-за чего жидкие кристаллы поворачиваются, давая лазерному лучу возможность распространяться. Таким образом, для каждого слоя изделия формируется подобие трафарета. Затем на систему подается мощное лазерное излучение, которое спекает одновременно весь слой металлического порошка. Описанная процедура повторяется для каждого слоя порошка до момента, когда изделие будет полностью сформировано.

Схема технологии. Проектор с синим светом формирует изображение на «трафарете», через которое проходит лазерный луч, спекающий металл в определенных местах.mManyalibo J. Matthews et al. / Optics Express, 2017

Лопасти турбины (слева) и логотип Ливерморской национальной лаборатории (справа), напечатанные новым методом. Manyalibo J. Matthews et al. / Optics Express, 2017

Таким образом, исследователи смогли заменить последовательный процесс печати на параллельный. Ученые утверждают, что их технология позволит производить металлическую деталь объемом в один кубический метр за несколько часов, тогда как для текущих методов срок изготовления такой детали может составлять несколько лет.

Недавно концерн Boeing заявил, что планирует использовать металлическую 3D-печать для производства некоторых деталей самолета Boeing 787 Dreamliner. По их оценке, использование таких деталей позволит экономить до трех миллионов долларов при создании каждого лайнера.

Автор: Григорий Копиев