הדפסת תלת מימד בסולם המיקרו

Share on facebook
Share on twitter
Share on linkedin
Share on telegram
Share on whatsapp
Share on email
פרסומת
תכנון תשתיות רפואיות


3D Insider נתמך על ידי מודעות ומרוויח כסף מקליקים, עמלות ממכירות ודרכים אחרות.

הדפסת תלת מימד הוכיחה יותר את שוויה כאלטרנטיבה מהפכנית לשיטות הייצור המסורתיות. עם זאת, עליה גם להתעדכן במגמות אחרות בעולם הייצור. כלומר, הדפסת תלת מימד צריכה לעמוד בדרישה שהכל יהיה קטן יותר – משבבי מחשב לחלקי חומרה.

בעוד שחופש העיצוב הוא החליפה החזקה ביותר של הדפסת תלת מימד, היא נאבקה במקצת בדיוק ובדיוק. כדי לגשר על פער זה, יהיה צורך לפתח מדפסת תלת מימד חדשה לחלוטין. לא לדאוג מכיוון שכמה חברות כבר עמלו קשה לפתור את הבעיה הספציפית הזו.

מדוע הצורך במדפסות תלת מימד בקנה מידה קטן?

אולסון-זרבובית

עד כמה שהדפסת תלת מימד מהפכנית, לרוב היא מוגבלת ברמת הדיוק שלה. ישנם מספר גורמים מגבילים הנכנסים למשחק. במדפסות תלת ממד סטנדרטיות מבוססות נימה, רמת הדיוק בפירוט נקבעת על פי גודל הזרבובית. הדיוק של הדפסה תלת ממדית מבוססת שרף תלוי בדיוק של מקור האור הגורם לפולימטר. יש גם את המגבלה הפיזית על גודל הזרבובית בשיטות הדפסה תלת ממדיות שמסתמכות עליהן סילון קלסר.

בהשוואה לשיטות מסורתיות יותר כמו הזרקה, הדפסת תלת מימד עדיין נחשבת לנחותה מבחינת הדיוק. מסיבה זו, לא הרבה חברות מסתמכות על הדפסת תלת מימד בייצור חלקים קטנים מאוד. אלה כוללים שבבים, מכשירי שמיעה, כלים כירורגיים ורכיבים לאופטיקה.

ברור שיש פער ליישומים בקנה מידה קטן של הדפסת תלת מימד. בדרך כלל, התבניות הדרושות לייצור חלקים קטנים מאוד אלה יקרות מאוד כאשר הן נעשות באמצעות הזרקה. להדפסת תלת מימד יש פוטנציאל להוריד מחירים אלה. הכנסת החופש העיצובי של הדפסת תלת מימד לקנה מידה מיקרו יכולה גם לפתוח דלתות לשלל מבנים מורכבים ששיטות ייצור מסורתיות יותר אינן יכולות לייצר.

האם הטכנולוגיה כבר קיימת?

כן, הטכנולוגיה להדפסת אובייקטים בקנה מידה תלת ממדי כבר קיימת. כמה חברות ומכוני מחקר עבדו על גילוי רעיון זה מזה שנתיים. המובילה בחבילה היא בוסטון מיקרו פבריישן (BMF), חברה שנוסדה יחד על ידי פרופסור MIT בשנת 2016.

המהדורה האחרונה ביותר של BMF היא מדפסת microArch s240 שלהם. החברה טוענת כי מדובר במדפסת התלת-ממד המדוייקת היחידה המיועדת לייצור תעשייתי לטווח קצר. MicroArch s240 הוא גרסה משופרת של קו המדפסות הקודם של החברה ומשתמש בטכנולוגיה דומה ממערכת המיקרו סטריאוליטוגרפיה Projection Micro.

על פי תיאור המוצר, ה- microArch s240 יכול להשיג רזולוציה של 2 מיקרומטר עד 50 מיקרומטר עם סובלנות של 5 מיקרומטר עד 25 מיקרומטר. כדי להכניס את המספרים הללו להקשר, עובי הממוצע של קווצת שיער אנושי הוא כ- 70 מיקרומטר. זה מדגיש עד כמה מדפסות תלת מימד בקנה מידה מינימלי יכולות להיות מדויקות להפליא.

BMF אינה החברה היחידה בתחום זה. מתמודד חזק נוסף הוא ננו-סופר שבסיס בגרמניה. מדפסת ה- GT2 הפוטונית המקצועית שלהם משתמשת בטכנולוגיית פילמור דו-פוטונית כדי ליצור תכונות תת-מיקרומטר. הוא מדורג עם גודל תכונות XY מינימלי של 200 ננומטר ורזולוציה אנכית של 1500 ננומטר. ניתן להשתמש ב- Photonic Professional GT2 למיקרו-אופטיקה, מיקרו-מכניקה, הנדסה ביו-רפואית וננו-מבנים, בין כמה תחומים אחרים.

חברת Nanofabrica מישראל מציעה גם רזולוציה בקנה מידה קטן עם מדפסת התלת מימד Tera 250 שלהם. באמצעות ליתוגרפיה של מוליכים למחצה עם אופטיקה מתקדמת, הטרה 250 מציעה שילוב מרשים של רזולוציה של 1 מיקרומטר ונפח בנייה גדול יחסית. הפיתרון שמציעה Nanofabrica ייחודי לדרישות בנפח גדול של חלקים קטנים ומדויקים מאוד.

לבסוף, צוות מחקר מהאוניברסיטה הלאומית יוקוהמה לקח את זה צעד אחד קדימה על ידי פיתוח מדפסת תלת מימד רב-חומרית המייצרת גם תכונות בקנה מידה מיקרו. הטכניקה המבוססת על SLA משתמשת בהשעיה של מספר סוגים של שרפים במצב טיפות המונע מהם לזהם זה את זה. מאמר המחקר אכן מפרט בפירוט כיצד הצוות תכנן את תהליך ההדפסה התלת ממדית למיקרו-מבנים.

ניכר כי מדובר בתחום צעיר מאוד המשרת כיום שוק נישה בלבד. BMF נראה לפני עקומת הטכנולוגיה וככל הנראה מחזיק ביתרון הצעד הראשון. אנו מצפים כי חברות נוספות ייכנסו לפעולה אם יתגלה ביקוש עצום לטכנולוגיה.

כיצד פועלות מדפסות תלת מימד בקנה מידה קטן זה?

Trimaker-T-Black-DLP-Printer

בהיותם תחום לא בשלה, חברות במרחב זה נקטו גישות שונות בתכלית להשגת רזולוציה בקנה מידה קטן. הטכנולוגיה הטובה ביותר לניתוח תהיה זו שמשמשת BMF מכיוון שהיא הכי מפותחת ומתועדת ביותר.

קו microArch של מדפסות תלת מימד של BMF מבוסס על הרעיון של פוטופולימריזציה. המדפסת משתמשת בשרף קרמי או פוטו-פולימרי כחומר מזון. BMF גם שותפה עם חברת כימיקלים מיוחדים BASF לייצור הפוטופולימר המיוחד BMF RG. זוהי גרסת חוזק גבוהה יותר של הפוטופולימר הסטנדרטי המתאים יותר לדרישות ייצור תעשייתיות או רפואיות הדורשות מורכבות גיאומטרית רבה יותר.

תהליך ההדפסה התלת ממדי של מדפסות microArch נקרא מיקרו סטריאוליטוגרפיה, המבוססת על טכנולוגיית Digital Light Processing (DLP). זה כרוך בפוטפולימריזציה של השרף באמצעות הבזקי אור מדויקים. DLP מרפא שכבה שלמה בכל פעם, מה שהופך אותה לאופציה מהירה ומתאימה יותר לייצור חלקים בנפח גבוה.

כדי להשיג רזולוציה במיקרו-סולם, מדפסות microArch משתמשות בעדשות מיוחדות כדי למקד את האור לנקודות קטנות יותר. זה נעזר גם בתוכנות ובמערכות בקרה מיוחדות לתנועה מדויקת של פלטפורמת הבנייה.

הפוטנציאל של מדפסות תלת מימד בקנה מידה קטן

נכון לעכשיו, שוק ההדפסה בתלת מימד בקנה מידה קטן נותר בוסר ופרופיל נמוך. ככל שהטכנולוגיה מוכרת יותר, אנו מצפים ליישומים שהם יותר תעשייתיים או מסחריים. חברות כמו BMF ו- Nanoscribe מכירות ככל הנראה במגמות אלה כאשר הן מעצבות את מדפסות התלת מימד שלהן למהירויות ייצור גבוהות יותר ונפח בנייה.

אחד ממקרי השימוש המשכנעים ביותר של הדפסת תלת מימד בקנה מידה מינימלי הוא כתחליף לדפוס הזרקה ברמת דיוק גבוהה. על פי BMF, יציקות שיכולות לשחזר תכונות בקנה מידה מינימלי יכולות להיות יקרות להפליא בהפקה של עד חצי מיליון דולר. להדפסת תלת מימד יש פוטנציאל להפחית משמעותית את העלויות הללו.

ביו הדפסה היא תחום נוסף בעל פוטנציאל עצום אם הוא משולב עם הדפסת תלת מימד בקנה מידה קטן. בשותפות שנוסדה לאחרונה על ידי ננוסקרייב עם קבוצת CELLINK, החברות הסכימו לעבוד על הדפסה ביולוגית של מיקרו-סביבות כלי דם שיכולות לסייע במחקרי תאים ופיתוח מוצרים כמו מיקרו-חרוטים וממברנות מיקרופורוזיות.

בין אם מדובר באלקטרוניקה, מכשירים מכניים או מחקר רפואי, עדיין יש הרבה מקום להתפתחות הדפסה תלת ממדית בקנה מידה קטן. אמנם לא סביר שמדפסות התלת מימד האמיתיות ימצאו את דרכן לסדנאות הבית שלנו, אך אנו עשויים עדיין להרוויח ממוצרי הטכנולוגיה הזו.

מחשבות אחרונות

כפי שהראו חברות כמו BMF, יש עדיין הרבה מקום לצמיחה בענף הדפוס התלת ממדי. הם קיבלו גישה אחרת לצמיחה – בכך שהם הולכים וקטנים יותר. פריצת דרך זו כבר הפכה שימושית בתחומים כמו מחקר רפואי ותכנון אלקטרוניקה.

כעת, לאחר שהראו כי ניתן להדפיס תכונות תלת מימד בקנה מידה מיקרומטר, האתגר הבא הוא להגדיל את הייצור לרמה בה הדבר אפשרי מבחינה כלכלית. אם הדפסת תלת מימד בתים שלמים לא מסתדרים, עדיין יש פוטנציאל רב לחקור על ידי היותו קטן במקום להיות גדול.

אַזהָרָה; לעולם אין להשאיר מדפסות תלת מימד ללא השגחה. הם עלולים להוות סכנת בטיחות אש.



קישור לכתבת המקור – 2021-06-25 20:36:24

Share on facebook
Facebook
Share on twitter
Twitter
Share on linkedin
LinkedIn
Share on telegram
Telegram
Share on whatsapp
WhatsApp
Share on email
Email
פרסומת
X-ray_Promo1

עוד מתחומי האתר