Wir haben das Mikrofon gerade auf einem 3D-Drucker im Labor gedruckt - und dann wird es eine vollständige Science-Fiction geben

Die Idee, ein physisches Objekt aus einer digitalen Datei zu erstellen, scheint aufregend. Sie erinnert sich an Star Trek-Replikatoren, die von Kleidung bis hin zu Teilen für ein Raumschiff und Essen alles können. Der heutige 3D-Druck macht beeindruckende Schritte in diese Richtung, was für viele Hersteller von großem Interesse ist. Zum Beispiel wurde es möglich, die Komponenten komplexer elektronischer Geräte auf relativ einfachen Geräten zu drucken - wie mein Forschungsteam gerade demonstrierte , indem es unserer Meinung nach das erste Mikrofon erstellte, das auf einem 3D-Drucker gedruckt wurde.

Für den 3D-Druck stehen bereits viele verschiedene Materialien zur Verfügung, darunter ähnliche wie Holz und Silber. Die meisten Maschinen beschränken sich jedoch auf die Arbeit mit synthetischen Materialien - Kunststoff, Gummipolymeren und Nylon. In der Regel drucken Maschinen jeweils nur ein Material oder wechseln eine Palette von zwei bis drei Materialien. Dies lässt jedoch immer noch ein großes Potenzial offen, insbesondere um Materialien unterschiedliche Eigenschaften zu verleihen. Dies kann erreicht werden, indem Nanopartikel aus einem anderen Material gemischt werden, das die von Ihnen benötigten Eigenschaften aufweist.


Wenn Sie beispielsweise möchten, dass Ihr Material Strom leitet, können Sie Silber-, Gold- oder Kohlenstoffnanoröhren hinzufügen. Dies ermöglicht das Drucken elektronischer Schaltungen. Wenn Sie Piezoelektrizität benötigen - die Erzeugung von Elektrizität durch Kompression - können Sie dem Material Bariumtitanat hinzufügen. Das resultierende Objekt kann in einen Schall- oder Wärmesensor oder in einen Stromantrieb umgewandelt werden, ein Gerät, das andere Komponenten in Bewegung setzt.

Durch Umschalten zwischen Schaltkreisen, Sensoren und Aktoren während eines einzelnen Drucks können Sie eine funktionierende elektronische Komponente als Ganzes erstellen. In den letzten Jahren haben Menschen diese Technik verwendet, um beispielsweise optische Komponenten für Linsen oder Panels oder Beschleunigungsmesser herzustellen - Geräte, die die Bewegung verschiedener Objekte messen, von einer laufenden Person bis zu Erdbeben. Sie erlaubte uns auch, unser Mikrofon zu erstellen und es in nur sechs Stunden aus einer digitalen Datei in die Realität umzusetzen.

Feilen Sie Ihren Kunststoff

Idealerweise möchten wir einen der beliebten 3D-Drucker von MakerBot verwenden, dessen Kosten bei 1000 GBP beginnen, aber sie mögen es nicht, dem Material winzige Partikel hinzuzufügen. Sie wirken, indem sie einen Kunststofffaden zusammendrücken, der dann abkühlt und sich verfestigt, und die Nanopartikel verstopfen dieses System - insbesondere, wenn Sie viele davon hinzufügen, um die Eigenschaften des Materials zu verbessern.

Stattdessen haben wir den Asiga Pico 27 ​​plus zu einem Preis von £ 6.000 verwendet. Es verwendet " digitale Lichtverarbeitung " und härtet den Kunststoff aus, indem es ihn mit ultraviolettem Licht beleuchtet. Das Licht ist mit 4000 Mikrospiegeln ausgestattet, ähnlich wie bei Heimprojektoren. Um ein Modell zu erstellen, projiziert der Drucker einen Satz zweidimensionaler Bilder auf flüssigen Kunststoff und verschiebt das Modell bei jedem Aushärten der Schicht leicht nach oben. Nanopartikel verändern die für die Aushärtung erforderliche Beleuchtungsdauer und absorbieren und streuen einfallendes Licht leicht. Unter Berücksichtigung dieser Tatsache kann das Drucken jedoch recht erfolgreich durchgeführt werden.


Einer der Nachteile dieser Technologie ist, dass sie nicht gut darin ist, Materialtypen zu ändern. Da das Ausgangsmaterial flüssiger Kunststoff ist, muss es in Behältern aufbewahrt werden: Das Modell wird beim Drucken jeder nächsten Schicht in Flüssigkeit getaucht. Um das Material zu wechseln, müssen Sie alles anhalten und die Tanks manuell wechseln, bevor Sie die nächste Schicht drucken.

Dies kann umgangen werden, indem anstelle eines anderen Materials ein Loch im Modell belassen wird. Anschließend können Sie die Materialien ändern und innerhalb dieses Lochs drucken. Das Ergebnis ist ein dreidimensionales Objekt mit miteinander verbundenen internen Eigenschaften.

Was wird als nächstes passieren?

Die technischen Probleme beim 3D-Druck eines Arbeitsmikrofons hängen hauptsächlich mit der Steuerung des Prozesses, der Wahl des Zeitpunkts der Exposition gegenüber ultravioletter Strahlung mit einer Genauigkeit von Millisekunden und der sorgfältigen Kombination und Mischung verschiedener Materialien zusammen. Das Endergebnis ist ein Gerät, das sich fast wie ein normales Mikrofon verhält, mit Ausnahme des schlechten Signal-Rausch-Verhältnisses und des zu großen Widerstands der leitenden Schichten. Er kann zum Beispiel nicht mit einem Siliziummikrofon in Ihrem Smartphone verglichen werden.


Unser Mikrofon

Andere Teams, die versuchten, mit Nanokompositmaterialien zu drucken, hatten ähnliche Probleme. Bei der Herstellung der von mir erwähnten optischen Komponenten oder Beschleunigungsmesser wurde normalerweise versucht, entweder vorgefertigte Mikrochips und Sensoren in gedruckte Objekte einzubetten oder Kunststoff nach dem Drucken zu korrigieren. Wir haben noch nicht den Punkt erreicht, an dem es beispielsweise möglich sein wird, ein Smartphone von guter Qualität von Grund auf neu zu drucken: Samsung und Apple können sich noch entspannen.



Unsere gegenwärtigen Fähigkeiten bieten uns jedoch immer noch erstaunliche Möglichkeiten, insbesondere weil gute Laufwerke einfacher zu drucken sind als gute Sensoren. Willkommen auf dem aufstrebenden Gebiet der weichen Robotik , wo das Potenzial besteht, Hände zu drucken, die genauso sanft und genau wie menschliche erfassen . oder Nanoroboter, die wie Origami ausgepackt sind , wenn sie das gewünschte Organ im menschlichen Körper erreichen; oder sogar ganze Roboter, wie Fische als Referenz , die in der Lage sind, die komplexen Bewegungen von Tieren nachzuahmen.

Prototypen solcher Geräte existieren bereits, obwohl sie gedruckte und herkömmliche Komponenten kombinieren. Nach 10 Jahren wird es höchstwahrscheinlich möglich sein, das Ganze zu drucken. Genau wie die Figuren von Star Trek aus dem 24. Jahrhundert werden wir bald in der Lage sein, eine Datei mit einem interessanten Gerät auszuwählen und auf Bestellung auszudrucken. Was sagst du - weicher Robotertentakel? Nun, für solche Dinge gibt es noch keine mobilen Anwendungen, aber dies ist nur eine Frage der Zeit .