과학자들이 3D 품질을 향상시키는 새로운 기술을 개발했습니다.

2023년 7월 27일

이 기사는 Science X의 편집 과정 및 정책에 따라 검토되었습니다. 편집자들은 콘텐츠의 신뢰성을 보장하면서 다음 특성을 강조했습니다.

사실 확인된

교정하다

작성자: TransSpread

지난 10년 동안 3D 프린팅 기술은 전례 없는 발전과 변화를 겪었습니다. 이제는 매우 경쟁력 있는 비용으로 3차원 물체를 신속하게 제작할 수 있습니다. 이는 3D 프린터를 항공우주 산업이나 의료 기기를 포함한 다양한 분야에 특히 매력적이고 적절하게 만듭니다.

최근까지 광 기반 3D 프린팅이나 적층 제조(AM)의 패러다임은 주로 액상 광중합 수지 통을 사용하는 데 의존했습니다. 자외선(UV) 광선은 수지를 한 번에 한 층씩 경화시키는 반면, 플랫폼은 각각의 새로운 층이 경화된 후 제작 중인 물체를 아래쪽으로 이동시킵니다.

UV 광선은 래스터 스캔되어 수지를 점별로 고화시키거나 수지에 플래시를 비추어 전체 층을 한 번에 경화시킵니다. 인쇄 프로세스의 레이어별 특성으로 인해 이러한 광 기반 AM 기술에는 주요 기하학적 제약과 처리량 제한이 있습니다.

Light: Advanced Manufacturing에 발표된 새로운 논문에서 Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne의 Christophe Moser 교수가 이끄는 과학자 팀은 투영된 패턴을 확대하지 않고 3D 프린팅 제품의 품질을 향상시키는 새로운 기술을 개발했습니다.

지난 몇 년 동안 레이어별 접근 방식에서 벗어나 여러 가지 완전 체적 적층 제조(VAM) 기술이 등장했습니다.

2광자 광중합은 빛을 이용한 체적 인쇄의 최첨단 기술을 나타냅니다. 100 nm의 측면 해상도와 300 nm의 축 해상도로 미세한 물체를 제작할 수 있습니다. 그러나 이 프로세스는 인쇄 속도가 1~20mm3/h에 불과하여 속도가 느리고 값비싼 펨토초 레이저 소스가 필요합니다.

궁극적으로 프린터의 광학 해상도는 달성 가능한 인쇄 복셀 크기를 결정합니다. DLP 및 단층 촬영 VAM에서 광학 해상도는 빛을 패턴화하는 데 사용되는 변조기, 즉 DMD의 기능에 따라 가장 잘 결정됩니다.

연구팀은 표면에 8비트 이미지를 표시할 수 있는 직사각형 배열로 배열된 Nx × Ny = 768 × 1,024 마이크로 거울을 갖춘 Texas Instruments의 DLP7000 칩을 사용했습니다. DMD 이미지는 팀의 광학 시스템에서 1.66배로 확대되었습니다. 바이알의 결과 패턴은 1.74cm × 2.33cm이며 해상도는 23μm입니다.

해상도를 저하시키지 않고 인쇄된 개체의 크기를 늘리는 유일한 방법은 바이알의 DMD를 이동하거나 그 반대로 이동하는 것입니다. 팀은 나선형 궤적을 사용하여 광선 주위로 샘플을 이동할 것을 제안했습니다. 그들은 포토수지 통의 회전축과 관련된 광축을 중심에서 벗어나게 함으로써 해상도를 손상시키지 않고 측면 인쇄 가능 크기를 두 배로 늘릴 수 있음을 보여주었습니다.

이 두 가지 트릭을 함께 사용하면 유리병 내부의 빌딩 블록 수를 최대 12배까지 늘릴 수 있습니다. 사용 가능한 인쇄된 복셀은 몇 분 안에 최대 3cm × 3cm × 5cm의 더 큰 물체를 인쇄하는 데 사용됩니다.