힘을 합치는 속도: 빠름

May 03, 2023

플라스틱으로 물체를 정확하고 신속하며 저렴하게 프린팅하는 것은 많은 3D 프린팅 프로세스의 목표입니다. 그러나 속도와 고해상도는 여전히 기술적 과제로 남아 있습니다. KIT(Karlsruhe Institute of Technology), 하이델베르그 대학, QUT(Queensland University of Technology)의 연구팀은 이 목표를 달성하기 위해 먼 길을 걸어왔습니다. 눈 깜짝할 사이에 마이크로미터 크기의 부품을 인쇄할 수 있는 레이저 프린팅 공정을 개발했습니다. 국제 팀은 Nature Photonics에 이 연구 결과를 발표했습니다.

라이트 시트 3D 프린팅에서는 빨간색과 파란색 레이저 광을 사용하여 마이크로미터 단위로 물체를 정확하고 빠르게 인쇄합니다.

빈센트 한, KIT

광조형(Stereolithography) 3D 프린팅은 현재 개인용 및 산업용 응용 분야 모두에서 가장 널리 사용되는 플라스틱 적층 제조 공정 중 하나입니다. 광조형에서는 3D 물체의 층이 수지로 채워진 용기에 하나씩 투영됩니다. 수지는 자외선에 의해 경화됩니다. 그러나 기존의 광 조형 방식은 속도가 느리고 해상도가 너무 낮습니다. KIT 연구진이 사용하는 라이트 시트 3D 프린팅은 빠르고 고해상도의 대안입니다.

라이트 시트 3D 프린팅에서는 파란색 빛이 액체 수지로 채워진 용기에 투사됩니다. 파란색 빛은 수지를 사전 활성화합니다. 두 번째 단계에서는 적색 레이저 빔이 수지를 경화하는 데 필요한 추가 에너지를 제공합니다. 그러나 3D 프린팅은 사전 활성화된 상태에서 원래 상태로 빠르게 복귀하는 수지만을 빠르게 프린팅할 수 있습니다. 그래야만 다음 레이어를 인쇄할 수 있습니다. 결과적으로 반환 시간은 두 연속 레이어 간의 대기 시간과 그에 따른 인쇄 속도를 결정합니다. KIT 응용 물리학 연구소(APH)의 제1저자 Vincent Hahn은 "우리가 사용한 수지의 경우 반환 시간이 100마이크로초 미만이어서 높은 인쇄 속도가 가능했습니다"라고 말했습니다.

이 새로운 수지를 활용하기 위해 연구원들은 특수 3D 프린터를 만들었습니다. 이 프린터에서는 파란색 레이저 다이오드를 사용하여 높은 프레임 속도의 고해상도 디스플레이를 사용하여 액체 수지에 이미지를 투사합니다. 적색 레이저는 얇은 "광시트" 빔으로 형성되어 수지 내에서 청색 빔을 수직으로 교차합니다. 이러한 배열을 통해 팀은 수백 밀리초, 즉 눈 깜짝할 사이에 마이크로미터 크기의 부품을 3D 프린팅할 수 있었습니다. 그러나 여기서 끝나서는 안 됩니다. APH의 Martin Wegener 교수는 "더 민감한 수지를 사용하면 3D 프린터에서 레이저 대신 LED를 사용할 수도 있습니다"라고 말합니다. "궁극적으로 우리는 마이크로미터 해상도와 빠른 인쇄 속도를 유지하면서 센티미터 크기의 3D 구조를 인쇄하고 싶습니다."

V. Hahn, P. Rietz, F. Hermann, P. Müller, C. Barner-Kowollik, T. Schlöder, W. Wenzel, E. Blasco 및 M. Wegener: 2색을 통한 라이트 시트 3차원 마이크로프린팅 2단계 흡수. 자연광학, 2022.

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원본출판

V. Hahn, P. Rietz, F. Hermann, P. Müller, C. Barner-Kowollik, T. Schlöder, W. Wenzel, E. Blasco 및 M. Wegener: 2색을 통한 라이트 시트 3차원 마이크로프린팅 2단계 흡수. 자연광학, 2022.

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