R&D: ‘HoPro-3D’ ทั้งไวและแม่นยำ

ความจริงก่อนหน้านี้ ทั้งความเร็วและความแม่นยำ ทั้งสองอย่างนั้นไม่อาจไปด้วยกันได้เมื่อต้องผลิตโครงสร้างโพลิเมอร์ที่ดีที่สุดด้วยเลเซอร์ แต่วันนี้ค่าความเป็นไปได้นั้นกำลังเปลี่ยนไป

นักวิทยาศาสตร์ที่สถาบันเทคโนโลยีเลเซอร์ ILT Fraunhofer กำลังพัฒนาเครื่องจักรสำหรับเทคโนโลยีการก่อสร้าง 3 มิติ (3D construction technologies) ที่มีความแม่นยำสูงและราคาประหยัดโดยใช้ทั้งสองวิธี คือทั้งความไวและความแม่นยำ เมื่อวันที่ 1 พฤศจิกายนปีก่อน Fraunhofer ILT และพันธมิตรได้เปิดตัวโครงการ “การผลิตแบบเติมเนื้อสารที่ให้รายละเอียดและความสามารถในการผลิตสูงผ่านการรวมตัวของ UV Polymerisation และ Multi-Photon Polymerisation” หรือในตัวย่อว่า “HoPro-3D” (High Productivity and Detail in Additive Manufacturing through the Combination of UV Polymerisation and Multi-Photon Polymerisation – HoPro-3D) ซึ่งได้รับทุนจากสหภาพยุโรปและ German state of North Rhine-Westphalia

ร่วมกับ Lightfab GmbH จาก Aachen, Bartels Mikrotechnik GmbH จาก Dortmund และ Miltenyi Biotec GmbH จาก Bergisch Gladbach ผู้เชี่ยวชาญจาก Fraunhofer ILT กำลังพัฒนาเครื่องจักรใหม่สำหรับการผลิตโครงสร้างพอลิเมอร์ขนาดใหญ่ด้วยความละเอียดจนถึงระดับ submicrometre

ตั้งแต่เปิดตัวโครงการเมื่อปีก่อนจนถึงเวลานี้ได้เกิดกระบวนการ R&D แยกกันหลากหลายส่วนเพื่อจุดประสงค์นี้: UV polymerisation จากเลเซอร์เช่น stereolithography (SLA) หรือ micromirror arrays (DLP) และ multiphoton polymerisation (MPP) ในระดับจุลภาค

ในกระบวนการ SLA เลเซอร์ UV เขียนโครงสร้างสองมิติในอ่างเรซิ่นทำให้วัสดุไวต่อแสงกลายเป็นโพลิเมอร์ ส่วนประกอบลดลงทีละขั้นตอนและโครงสร้าง 3 มิติถูกสร้างขึ้นในชั้นต่างๆ ส่วนใหญ่แล้วอัตราการสะสม หรือ build-up rate จะสูงกว่า 1 mm³ต่อวินาที เครื่องพิมพ์ 3D รุ่นใหม่กว่าใหม่นี้ใช้เครื่องกำเนิดแสง หรือ UV LED light engines และชิป DLP (Digital Light Processor) แทนที่จะเป็นสแกนเนอร์ ทำให้สามารถรับแสงแบบขนานได้ซึ่งจะเป็นการเพิ่มอัตราการสร้างเนื้องาน ทั้งสองวิธีสามารถให้ความละเอียดสูงสุดเหนือ 10 μm

Multiphoton polymerisation เหมาะสำหรับการสร้างงานโครงสร้างที่ละเอียดยิ่งขึ้น ในกระบวนการนี้พลังงานโฟตอนที่จำเป็นถูกสร้างขึ้นโดยพัลส์เลเซอร์เข้มข้นที่มีความยาวคลื่นใน range ที่มองเห็นหรืออินฟราเรด โดยมีโฟตอนพลังงานต่ำหลายชนิดรวมกันเป็นโฟตอนยูวี (UV photon) ข้อดีก็คือ ความแม่นยำสูงมากถึง 100 นาโนเมตรทั้งสามทิศทางของพื้นที่ อย่างไรก็ตามอัตราการสร้างเนื้องาน หรือ build rate อยู่ที่ประมาณ 10 μm³ต่อวินาที

Saving time with two systems in one machine: ประหยัดเวลาด้วยสองระบบในเครื่องเดียว

พันธมิตรโครงการกำลังรวมกระบวนการที่ใช้ DLP กับกระบวนการ MPP และพัฒนาเครื่องที่มีระบบการรับแสงสองแบบที่สามารถเลือกได้ทั้งอัตราการสร้างเนื้องานที่สูง หรือว่า ความแม่นยำสูง พวกเขาใช้ไฟ LED ประสิทธิภาพสูงที่ความยาวคลื่น 365 นาโนเมตรและชิป DLP ที่มีความละเอียดระดับ HD สำหรับการพิมพ์หิน โมดูล MPP ใช้เลเซอร์ femtosecond พร้อมกับ scanner ที่รวดเร็วและ microscope optics

“ข้อได้เปรียบอยู่ที่การทำงานร่วมกันระหว่างสองขั้นตอน: ขึ้นอยู่กับความต้องการ เราตั้งใจจะสลับการทำงานระหว่างระบบการรับแสงทั้งสองแบบในกระบวนการ”

“ความท้าทายที่เราเผชิญคือการควบคุมกระบวนการ แนวคิดได้รับการพัฒนาจนถึงปัจจุบันเครื่องจักรที่เหมาะสมกำลังถูกสร้างขึ้น”

 

อ้างอิง:

https://www.etmm-online.com/producing-polymer-structures-faster-and-more-precise-a-836540/