Сегодня мало кого удивишь 3D-печатью, но есть в ней ряд областей, для которых необходима запредельная точность печати. Принтеры для таких задач — это штучные изделия, компоненты для которых, например, сопла, производятся в чистых комнатах полупроводниковых заводов. Цена вопроса соответствует и не радует. Это мешает широкому внедрению наиболее технологичных решений, с чем решили разобраться учёные из MIT.

Выбираем лучший игровой ноутбук до 100 000 рублей: сравнительное тестирование 7 интересных моделей

Обзор Intel Core Ultra 7 270K Plus — лучший Arrow Lake за полцены

72 полёта над Марсом: как Ingenuity пережил зиму, сбои и собственную миссию

Обзор Ryzen 9 9950X3D2: правильный 16-ядерник с 3D-кешем

Обзор Intel Core Ultra 5 250K Plus, или Как Arrow Lake превратился в «топ за свои деньги»

Ryzen и DDR5-6000 на чипах Samsung — G.Skill даёт добро

Источник изображения: ИИ-генерация ChatGPT/3DNews

В своей работе исследователи использовали фотополимерный принтер ценой всего $13 тыс., что для фармацевтических проектов как пыль под ногами. «Мои парни кока-колы в год на миллион долларов выпивают», — как говорил один бухгалтер из компании игроделов. В бигфарме примерно так же, разве что пьют другие напитки. На этой недорогой платформе команда из Массачусетса смогла напечатать сопла для 3D-принтера уровня «чипов», а то и лучше!

Более того, разработанные и напечатанные в фотополимерной смоле трёхосевые микросопла получили возможность настраивать интенсивность подачи и размера капель. Это обеспечило основу для многослойной печати моделей, в данном случае — многокомпонентных химических соединений, жидкие слои которых не смешивались, но чередовались настраиваемым образом. После затвердевания они превращались в многослойные микрочастицы.

Экспериментальное сопло, созданное условно «на коленке», представляло собой массив из 16 сопел на площади около 1 см². Внутри массива была реализована сложная сеть трёхмерных микроканалов, равномерно подводящих жидкости к каждому соплу. Весь процесс изготовления занял несколько часов, что намного эффективнее и дешевле, чем привлекать ресурсы чистой комнаты.

В команде считают, что предложенное решение обеспечит базу для массового производства микрочастиц с программируемой структурой. Например, можно создать лекарственную микрочастицу, где внешний слой постепенно разрушается в желудке, второй регулирует скорость высвобождения, а ядро доставляет действующее вещество в нужный участок кишечника. Аналогично такие частицы могут применяться в биосенсорах, искусственных клетках для регенерации тканей и самовосстанавливающихся материалах.

Важность работы в том, что 3D-печать позволяет создавать геометрию сопел и не только, которую трудно или невозможно получить в случае классического производства в условиях чистой комнаты. Это сделает свехточную 3D-печать доступной гораздо большему числу лабораторий и производителей. Если метод удастся масштабировать, он может ускорить выпуск сложных лекарственных форм, функциональных микрочастиц и материалов, способных самостоятельно восстанавливать повреждения.

Для находящихся в космическом пространстве летательных аппаратов серьёзную проблему представляют механические повреждения, неизбежно наносимые как объектами природного происхождения, так и фрагментами космического мусора. Под эгидой ESA сейчас создаётся материал, способный самостоятельно восстанавливаться при возникновении микротрещин в процессе эксплуатации.

72 полёта над Марсом: как Ingenuity пережил зиму, сбои и собственную миссию

Выбираем лучший игровой ноутбук до 100 000 рублей: сравнительное тестирование 7 интересных моделей

Обзор Intel Core Ultra 5 250K Plus, или Как Arrow Lake превратился в «топ за свои деньги»

Ryzen и DDR5-6000 на чипах Samsung — G.Skill даёт добро

Обзор Intel Core Ultra 7 270K Plus — лучший Arrow Lake за полцены

Обзор Ryzen 9 9950X3D2: правильный 16-ядерник с 3D-кешем

Источник изображения: SpaceX

Для достижения поставленной цели разработчики Европейского космического агентства (ESA) в рамках инициативы Project Cassandra использовали композитный материал HealTech в сочетании с системой датчиков и нагревательных элементов. Технология была опробована на тестовой пластине размерами 40 на 40 см, которая получила необходимое сочетание элементов. Материал HealTech представляет собой углеволокно со встроенным в него восстанавливающим составом, который активируется при нагревании и заполняет собой трещины и небольшие дефекты. За поиск возникающих структурных дефектов отвечают специальные датчики, которые распределены по площади тестовой пластины.

Структурные элементы из углеволокна давно используются при создании космических аппаратов, но в процессе эксплуатации они обретают микротрещины из-за вибрации, механических воздействий и резких перепадов температур. Композитный материал HealTech при нагреве позволяет восстанавливающему веществу заполнять микротрещины и обеспечивать необходимую прочность конструктивного элемента. Для поиска дефектов используется сеть мельчайших датчиков на основе оптоволокна. Нагревательные элементы, расположенные в узлах тончайшей созданной на 3D-принтере сетки, избирательно подогревают место дефекта до температуры от 100 до 140 градусов Цельсия, позволяя автоматически устранить микротрещины.

Команда разработчиков на следующем этапе планирует испытать технологию на целом элементе конструкции типа топливного бака. Участие в проекте принимают швейцарские компании CompPair и CSEM, а также бельгийская Com&Sens. Использование самовосстанавливающихся конструкционных материалов могло бы сократить затраты времени на осмотр и ремонт многоразовых ракет-носителей, а также увеличить срок их службы и сократить период окупаемости. Применение подобных технологий оправдывает себя при создании элементов конструкции космических аппаратов, подвергающихся резким перепадам температур типа тех же топливных баков. Кроме того, использование углеволокна позволяет снизить массу ракет без ущерба для прочности элементов конструкции.