Τρισδιάστατος Εκτυπωτής Γίγας

Νέος Τρισδιάστατος Εκτυπωτής Γίγας

Ερευνητές στις ΗΠΑ δημιούργησαν ένα νέο μεγάλο και ταχύτατο τρισδιάστατο εκτυπωτή, ο οποίος μπορεί να «τυπώσει» ένα αντικείμενο μεγάλο όσο ένας άνθρωπος σε περίπου τρεις ώρες. Είναι, επίσης, ο πρώτος που μπορεί να τυπώσει τόσο πολύ μεγάλα όσο και πολύ μικρά αντικείμενα. Μέχρι σήμερα εκτυπωτές που μπορούν να τυπώσουν σπίτια και γέφυρες, δεν είναι σε θέση να τυπώσουν μικροαντικείμενα και το αντίστροφο.

Ο εκτυπωτής-εξπρές, που βασίζεται στη νέα τεχνολογία High Area Rapid Printing, θα είναι εμπορικά διαθέσιμος στις αρχές του 2021 περίπου. Μπορεί να τυπώσει με ασφάλεια τόσο σκληρά και ανθεκτικά, όσο επίσης μαλακά και εύκαμπτα μέρη. 

Οι ερευνητές του Πανεπιστημίου Northwestern του Ιλινόις, με επικεφαλής τον καθηγητή χημείας και διευθυντή του Διεθνούς Ινστιτούτου Νανοτεχνολογίας Chad Mirkin,, που έκαναν τη σχετική δημοσίευση στο περιοδικό «Science», ανέφεραν ότι η νέα τεχνολογία HARP, που βελτιώνει τις δυνατότητες της σημερινής στερεολιθογραφικής τρισδιάστατης εκτύπωσης, θα βοηθήσει σημαντικά στην παραγωγή προϊόντων κατά παραγγελία από διαφόρων ειδών επιχειρήσεις (αυτοκινητοβιομηχανίες, εταιρείες κατασκευής αεροπλάνων, ρούχων, οδοντοτεχνικών προϊόντων κ.α.). 

Ο εκτυπωτής, που έχει ύψος περίπου τέσσερα μέτρα, παράγει ένα αντικείμενο μήκους μισού μέτρου σε περίπου μία ώρα, ταχύτητα που θεωρείται ρεκόρ για το πεδίο της 3D εκτύπωσης.
«Η τρισδιάστατη εκτύπωση είναι θεωρητικά ισχυρή, αλλά στην πράξη έχει περιορισμούς. Αν μπορούσαμε να τυπώσουμε γρήγορα χωρίς περιορισμούς σε υλικά και μεγέθη, θα φέρναμε επανάσταση στην παραγωγή. Αυτό ακριβώς φιλοδοξεί να κάνει η HARP», δήλωσε ο Mirkin, ο οποίος είχε εφεύρει τον μικρότερο εκτυπωτή στον κόσμο το 1999. 

Η HARP βασίζεται σε μια νέα μέθοδο στερεολιθογραφίας, που τυπώνει κάθετα και χρησιμοποιεί υπεριώδες φως για να διορθώσει τις όποιες ατέλειες προκύπτουν, όταν το «μελάνι» (υγρή πρώτη ύλη) μετατρέπεται σε στερεό. 

Ένα σοβαρό πρόβλημα στους υπάρχοντες 3D εκτυπωτές είναι ότι υπερθερμαίνονται, μερικές φορές ξεπερνώντας και τους 180 βαθμούς Κελσίου, όταν είναι γρήγοροι, με συνέπεια να δημιουργούνται κίνδυνοι τόσο για τους ίδιους τους εκτυπωτές, όσο και για τα εκτυπωμένα προϊόντα τους (παραμορφώσεις, ρωγμές κ.α.). Αν ένας εκτυπωτής είναι τόσο μεγάλος όσο και γρήγορος, τότε το πρόβλημα είναι πολύ έντονο, γι’ αυτό οι περισσότερες εταιρείες κατασκευής τρισδιάστατων εκτυπωτών προτιμούν να παράγουν μικρούς εκτυπωτές. 

Η νέα τεχνολογία HARP έχει δώσει απάντηση και σε αυτό, βρίσκοντας ένα τρόπο να απομακρύνει αμέσως την έξτρα θερμότητα. Το Γραφείο Επιστημονικής Έρευνας της Πολεμικής Αεροπορίας και το Υπουργείο Ενέργειας των ΗΠΑ έχουν στηρίξει χρηματοδοτικά την ανάπτυξη του νέου εκτυπωτή, κάτι που δείχνει και το εύρος των πιθανών εφαρμογών του 

Το HARP σηματοδοτεί ένα ταξίδι τριών δεκαετιών για τον Mirkin. Το 1999, έχτισε τον μικρότερο εκτυπωτή στον κόσμο. Ορισμένες από τις τεχνολογίες που χρησιμοποιούνταν στην κονσόλα είχαν τις πρώτες επαναλήψεις τους μέσα στη μικροσκοπική συσκευή. “Από ογκομετρική άποψη, έχουμε διανύσει πάνω από 18 τάξεις μεγέθους”, λέει ο Mirkin.

Εκτυπωμένοι κινητήρες πυραύλων ;

Μια δοκιμή που έφερε ένα βήμα πιο κοντά την αξιοποίηση της τρισδιάστατης εκτύπωσης στην εξερεύνηση του διαστήματος, ολοκλήρωσαν πριν από λίγα 24ωρα επιστήμονες της NASA, στο Κέντρο Διαστημικών Πτήσεων Marshall στην Αλαμπάμα των ΗΠΑ.

Πιο συγκεκριμένα, η ομάδα της αμερικανικής διαστημικής υπηρεσίας «εκτύπωσε» και συναρμολόγησε τα βασικά εξαρτήματα ενός κινητήρα πυραύλων, τον οποίο στη συνέχεια πυροδότησε με επιτυχία. Καταναλώνοντας για καύσιμα υγρό οξυγόνο και υδρογόνο, ο κινητήρας κατάφερε να παραγάγει το μέγιστο της προωθητικής δύναμης που προέβλεπαν οι προδιαγραφές του, χωρίς να παρουσιάσει κανένα πρόβλημα.

Με αυτό τον τρόπο, οι επιστήμονες της NASA έδειξαν πως στο μέλλον θα μπορούν να χρησιμοποιούνται «εκτυπωμένοι» κινητήρες τόσο σε νέα διαστημόπλοια όσο και σε σκάφη προσεδάφισης σε άλλους πλανήτες. Μία προοπτική που υπόσχεται όχι μόνο να αυξήσει τις δυνατότητες σχεδίασης καινούριων σκαφών, αλλά και να μειώσει σημαντικά το κόστος των διαστημικών αποστολών.

«Κατασκευάσαμε και δοκιμάσαμε περίπου το 75% των εξαρτημάτων που θα διαθέτει ένας πλήρως λειτουργικός κινητήρας», αναφέρει στο σάιτ της NASA η Ελίζαμπεθ Ρόμπερτσον, επικεφαλής του πρότζεκτ. «Έτσι, αποδείξαμε πως η εκτύπωση μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε μια μεγάλη γκάμα από εφαρμογές».

Τα τελευταία τρία χρόνια, οι επιστήμονες «εκτύπωσαν» τα βασικότερα εξαρτήματα ενός κινητήρα, τα οποία δοκίμασαν ανεξάρτητα. Αυτή τη φορά συναρμολόγησαν τα εξαρτήματα, για να διαπιστώσουν πώς συμπεριφέρονται σαν σύνολο. Μάλιστα, η δοκιμή έγινε σε τόσο υψηλές θερμοκρασίες και πιέσεις, όσο κι αυτές που αναπτύσσονται σε έναν συμβατικό κινητήρα.

Αν και για το «κρας τεστ» χρησιμοποιήθηκε για καύσιμο ένα μείγμα υγρού υδρογόνου και οξυγόνου, το οποίο χρησιμοποιείται και στα συμβατικά συστήματα προώθησης των διαστημικών σκαφών, οι επιστήμονες σχεδιάζουν να επαναλάβουν τη δοκιμή, ανεφοδιάζοντας τον κινητήρα με μεθάνιο και υγρό οξυγόνο. Ο λόγος είναι πως τα δύο αυτά στοιχεία πιθανότατα υπάρχουν σε σχετική αφθονία στον Άρη, κάτι που θα σήμαινε πως μία διαστημική αποστολή στον Κόκκινο Πλανήτη θα μπορούσε να παράγει επίτοπου τα καύσιμα για την επιστροφή της.

Όπως συμβαίνει και με την «εκτύπωση» οποιουδήποτε άλλου αντικειμένου, για κάθε εξάρτημα δημιουργήθηκε το ηλεκτρονικό του σχέδιο, το οποίο ανέλαβε να κατασκευάσει ο εκτυπωτής, τοποθετώντας διαδοχικές στρώσεις από σκόνη μετάλλου, τις οποίες ένωνε μεταξύ τους με τη βοήθεια ενός λέιζερ. Χάρις στη συγκεκριμένη τεχνολογία, οι επιστήμονες μπόρεσαν σε ορισμένα εξαρτήματα να προσδώσουν χαρακτηριστικά που δεν διαθέτουν τα αντίστοιχα μέρη των συμβατικών πυραύλων.

Επίσης, μείωσαν δραστικά τον χρόνο κατασκευής: περίπλοκα εξαρτήματα όπως οι βαλβίδες ολοκληρώθηκαν μέσα σε λίγους μήνες, τη στιγμή που με τη συμβατική τεχνική θα χρειαζόταν ένας χρόνος για να δημιουργηθούν.

Στόχος της ομάδας από το Marshall είναι να συνεχίσει τις δοκιμές του κινητήρα, προσθέτοντας επιπλέον εξαρτήματα.