3d принтер без подвижных частей для дома возможен?

Question

[dtestyk]

Когда то-давно посмотрел ролики про 3d печать, на ум сразу же пришла идея применять силу тяжести для смещения слоев вниз.

На рисунке слева: G — сила тяжести, Fa — сила Архимеда(выталкивающая из жидкости вверх).
Итого сила, действующая на объект: F = G — Fa. Согласно закону Архимеда тело будет тонуть, если сила тяжести превысит силу Архимеда, и тем быстрее, чем больше будет их разность.
Рассмотрим слой объекта, толщиной h_сл, площадью S_сл, плотностью ro_тела. Объем равен: V_сл = S_сл * h_сл. Масса: m_сл = V_сл * ro_тела. Сила тяжести:
G_сл = m_сл * g = V_сл * ro_тела * g = S_сл * h_сл * ro_тела * g.
Сила Архимеда:
Fa_сл = V_сл * ro_ж * g = S_сл * h_сл * ro_ж * g.
Слой будет тонуть с ускореннием:
a = (G_сл — Fa_сл)/m_сл = (V_сл * ro_тела * g — V_сл * ro_ж * g) / (V_сл * ro_тела) = g * (ro_тела — ro_ж) / ro_тела
где ro_ж — плотность фотополимера.
Видно, что а постоянная, зависящая от фотополимера, а именно от изменения его плотности при спекании.


Посколько, тела обычно тонут с постоянной скоростью, должна сила, которая пропорциональна скорости — это сила трения, зависящая от вязкости.
Итак, скорость опускания тела зависит от: плотности, вязкости фотополимера и формы тела. Последнее видно из рисунка справа. На котором, Fтр_сл — равнодействующая трения на границах слоя. Видно, что она приложена не к центру тяжести.


Преимущество использования проектора — скорость, за счет одновременного получения целого слоя. Другой плюс: отсутствие подвижных частей, откуда долговечность, надежность, а может быть и дешевизна и точность. Но существуют и проблемы:

1. неравномерного затопления решается либо коррекцией формы, либо коррекцией данных подаваемых на проектор;
2. переворачивания — коррекций формы;
3. изменения вязкости с температурой — коррекций данных;
4. «монохромности» — смешиванием нескольких фотополимеров с разными частотами спекания(но одинаковой плотностью).

Очевидно, главная трудность состоит в нахождении или получении фотополимера с подходящими свойствами(или соотношениями между свойствами):

• плотность жидкости
• скорость спекания
• плотность после спекания
• вязкость
• незначительное изменение свойств с температурой в диапазоне комнатной

Answer 1

[Ocelot]

Сходу вижу две проблемы:
1) Устойчивость. Нужно обеспечить абсолютную неподвижность сосуда с фотополимером, отсутствие вибраций, ударов и конвекционных течений. Либо отслеживать с выской точностью и скоростью (как?) положение заготовки и корректировать засветку.
2) Когда полимеризуется самый первый слой, он не начнет тонуть, а останется висеть за счет сил поверхностного натяжения.

Вывод: гораздо проще сделать привод по оси Z.

Comments

[dtestyk]

про первую проблему догадывался, но она показалась несущественной, потому что если налить в миску воды и бросить тонкий кусок бумаги, то он со временем останавливается, если же его не приводить в движение, то он будет неподвижен(по крайней мере я не видел движения), значит бытовые условия вполне способны обеспечить требуемую неподвижность. Вторая проблема решается (если я правильно понял, что речь идет о поверхностном натяжении) тонким слоем более легкой жидкости, тогда спекание будет проходить не непосредственно на поверхности.

Answer 2

[m08pvv]

А почему нельзя густой полимер запекать сфокусированным лучом?
В стекле, например, рисуют же лазером рисуночки внутри…

Answer 3

[dtestyk]

Забыл добавить: еще одно преимущество скорость, потому что слой получается весь сразу

Answer 4

[dtestyk]

«А почему нельзя густой полимер запекать сфокусированным лучом?» — кроме низкой скорости, лазер еще требует много энергии, он опасен для человека, и его должно что-то двигать.