Druk 3D szybko się rozwija, a zakres materiałów, które można wykorzystać, znacznie się poszerzył. Choć wcześniej technologia ta ograniczała się do szybko utwardzalnych tworzyw sztucznych, obecnie dostosowano ją również do tworzyw wolnoutwardzalnych. Mają one zdecydowane zalety, ponieważ mają ulepszone właściwości elastyczne oraz są trwalsze i solidniejsze.
Zastosowanie takich polimerów jest możliwe dzięki nowej technologii opracowanej przez naukowców z ETH Zurich i amerykańskiego start-upu. W rezultacie badacze mogą teraz drukować w 3D złożone, trwalsze roboty z różnych materiałów wysokiej jakości za jednym razem. Ta nowa technologia ułatwia także łączenie miękkich, elastycznych i sztywnych materiałów. Naukowcy mogą go również wykorzystać do tworzenia delikatnych struktur i części z wgłębieniami według potrzeb.
Materiały powracające do stanu pierwotnego
Korzystając z nowej technologii, naukowcom z ETH Zurich po raz pierwszy udało się za jednym razem wydrukować robotyczną dłoń zawierającą kości, więzadła i ścięgna wykonane z różnych polimerów. „Nie bylibyśmy w stanie wykonać tej dłoni przy użyciu szybko utwardzających się poliakrylanów, których używaliśmy do tej pory w druku 3D” – wyjaśnia Thomas Buchner, doktorant w grupie profesora robotyki ETH Zurich Roberta Katzschmanna i pierwszy autor badania. „Teraz stosujemy wolno utwardzające się polimery tiolenu. Mają one bardzo dobre właściwości elastyczne i po zgięciu wracają do pierwotnego stanu znacznie szybciej niż poliakrylany”. To sprawia, że polimery tiolenowe idealnie nadają się do wytwarzania elastycznych więzadeł ręki robota.
Ponadto sztywność tiolenów można bardzo dobrze dostosować, aby spełnić wymagania miękkich robotów. „Roboty wykonane z miękkich materiałów, takich jak opracowana przez nas dłoń, mają przewagę nad konwencjonalnymi robotami wykonanymi z metalu. Ponieważ są miękkie, ryzyko obrażeń podczas pracy z ludźmi jest mniejsze, a ponadto lepiej radzą sobie z delikatnymi towarami – wyjaśnia Katzschmann.
Skanowanie zamiast skrobania
Drukarki 3D zazwyczaj wytwarzają obiekty warstwa po warstwie: dysze osadzają dany materiał w postaci lepkiej w każdym punkcie; Następnie lampa UV natychmiast utwardza każdą warstwę. Poprzednie metody wykorzystywały urządzenie, które po każdym etapie utwardzania zdrapywało nierówności powierzchni. Działa to tylko w przypadku szybko utwardzających się poliakrylanów. Wolno utwardzające się polimery, takie jak tioleny i epoksydy, mogłyby spowodować zaklejenie zgarniaka.
Aby dostosować się do stosowania wolno utwardzających się polimerów, naukowcy udoskonalili druk 3D, dodając skaner laserowy 3D, który natychmiast sprawdza każdą wydrukowaną warstwę pod kątem wszelkich nieprawidłowości powierzchni. „Mechanizm sprzężenia zwrotnego kompensuje te nieprawidłowości podczas drukowania kolejnej warstwy, obliczając w czasie rzeczywistym i z niezwykłą dokładnością wszelkie niezbędne korekty ilości drukowanego materiału” – wyjaśnia Wojciech Matusik, profesor w Massachusetts Institute of Technology (MIT). w USA i współautor badania. Oznacza to, że zamiast wygładzać nierówności, nowa technologia po prostu uwzględnia nierówności przy drukowaniu kolejnej warstwy.
Za opracowanie nowej technologii druku odpowiadał Inkbit, spółka spin-off MIT. Naukowcy z ETH Zurich opracowali kilka zastosowań robotycznych i pomogli zoptymalizować technologię drukowania pod kątem stosowania z polimerami wolno utwardzającymi się. Naukowcy ze Szwajcarii i USA opublikowali wspólnie technologię i jej przykładowe zastosowania w czasopiśmie Nature.
W ETH Zurich grupa Katzschmanna wykorzysta tę technologię do zbadania dalszych możliwości i zaprojektowania jeszcze bardziej wyrafinowanych konstrukcji oraz opracowania dodatkowych zastosowań. Inkbit planuje wykorzystać nową technologię do zaoferowania swoim klientom usługi druku 3D oraz sprzedaży nowych drukarek.