Forskare vid Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) och University of California, Berkeley, har nyligen presenterat en 3D-skrivare som skapar ett helt objekt samtidigt, istället för att bygga det lager för lager som vanligtvis är så en 3D-skrivare tillverkar sina objekt.
3D-skrivaren som fått smeknamnet "the Replicator" av uppfinnarna - efter Star Trek-enheten som kan skapa objekt på kommando - använder ljus för att omvandla vätskor till komplexa fasta objekt på bara några minuter. Dessutom kan det skapa invecklade objekt som är mjukare, flexiblare och mer komplexa än en FFF-3D-skrivare. Den gör det genom att kombinera en projektor och en roterande flaska fylld med en vätska som härdas vid exponering av ljus.
"Det är i grund och botten en videoprojektor, som jag bokstavligen tog med hemifrån, och sedan kopplade vi den till en bärbar dator och använder den för att projicera en serie beräknade bilder, medan en motor vrider en cylinder som har en vätska i sig," säger Hayden Taylor, biträdande professor i maskinteknik vid UC Berkeley.
Den nya 3D-skrivaren inspirerades av medicinens beräknade tomografi, där röntgenstrålar projiceras in i kroppen från alla olika vinklar för att visa geometrin hos ben eller vävnader. Forskarna använde samma principer fast istället för att mäta ett objekt så skapade de ett.
Tekniken heter Computed Axial Lithography (CAL). Projektionerna beräknas i varje vinkel via en optimeringsalgoritm och resultatet är en serie bilder som visas som en roterande videoprojektion som kan spelas i takt med rotation av vätskan. Efter några minuter visas 3D-strukturer, exponeringen stoppas och man tömmer skrivaren på den ohärdade vätskan, kvar blir den färdiga produkten. Genom att använda en projektor istället för flera laserstrålar kunde man skjuta 1440 olika projektioner (fyra strålar per grad) i västkan när den roterar.
Vätskan består av flytande polymerer blandade med ljuskänsliga molekyler och löst syre. Ljus aktiverar den ljuskänsliga föreningen som tömmer syret. Endast i de områden där allt syre har använts utgör polymererna tvärbindningarna som omvandlar vätskan till en fast substans. Vätskan kan sedan återvinnas genom att värma upp det i en syreatmosfär.
Hittills har man skapat ett antal olika objekt med den nya skrivaren, allt från en liten modell av Rodins staty "Tänkaren" - till ett käkben. För närvarande kan de göra föremål upp till ca 10 cm i diameter.
"Det här är det första fallet där vi inte behöver bygga upp anpassade 3D-modeller för utskrift i lager", säger Brett Kelly, doktorand på UC Berkeley och Lawrence Livermore National Laboratory. "Det gör 3D-utskrift verkligen tredimensionell." Tekniken har potential att omvandla hur produkter är konstruerade och tillverkade.
Man kan även printa direkt på ett redan befintligt objekt. Forskare placerade exempelvis en mejsel i vätskan och skrev sedan ut ett handtag direkt på skruvmejseln!
"Det här är en väg att kunna anpassa 3D-printade objekt ännu mer, oavsett om det är proteser eller löparskor", säger Taylor. "Att du kan ta en metallkomponent eller något liknande och lägga till på anpassningsbar geometri, kommer förändra hur produkterna är utformade."