Badacze z Lawrence Livermore National Laboratory od lat pracują nad objętościowymi metodami druku 3D, w których detale powstają od razu w całości, a nie warstwa po warstwie, jak w konwencjonalnych technikach przyrostowych.
Przykładem objętościowego druku 3D jest metoda CAL (Computed Axial Lithography), polegająca na projekcji trójwymiarowego obrazu holograficznego w światłoutwardzalnej żywicy. Kadź z żywicą obraca się, a światło selektywnie konsoliduje strukturę wyrobu. Nieutrwalona żywica spływa, pozostawiając gotowy wydruk. Niewątpliwą zaletą CAL jest szybkość i brak potrzeby stosowania podpór (supportów) w obrębie struktury przestrzennej wydruku. Jednak jej zastosowanie ogranicza się do dość wąskiej grupy materiałów, które są przezroczyste i stosunkowo powoli ulegają utrwaleniu pod wpływem światła.
Naukowcy z LLNL podjęli więc próbę zaadaptowania mikrofal na potrzeby wolumetrycznego druku 3D. Mikrofale wnikają głębiej w materiał niż światło, co sprawia, że są idealnym rozwiązaniem pod kątem utrwalania żywic nieprzezroczystych lub domieszkowanych (kompozytowych), a także do druku wielkogabarytowego. W ramach prac badawczych opracowano model obliczeniowy typu multi-physics wiązek mikrofalowych, zaprojektowany z myślą o analizie transferu energii, czasu utrwalania i kontroli temperatury. Symulacja oddziaływania mikrofal na różne materiały umożliwiła prognozowanie efektywności utrwalania różnych żywic.
Jak dotąd przeprowadzono testy na niewielkich i nieskomplikowanych geometrycznie detalach, przy użyciu pojedynczego falowodu. W przyszłości planowane jest zbudowanie dużego stanowiska z szykiem antenowym i opracowanie zaawansowanych algorytmów kształtowania wiązek mikrofalowych. W centrum zainteresowania badaczy są materiały ceramiczne i kompozytowe, niedostępne dla typowych technik objętościowego druku 3D.
llnl.gov
Saptarshi Mukherjee et al.: Towards microwave volumetric additive manufacturing: Generation of a computational multi-physics model for localized curing, Additive Manufacturing Letters, Vol. 10, 2024, 100209.
