Команда Disney Research, Университета Карнеги Меллона и Корнелльского университета разработала 3D-принтер, который печатает слоями тонко срезанной лазером ткани и делает гибкие и мягкие объекты вроде телефонных чехлов и игрушек. Эти объекты могут иметь сложную геометрию и включать микросхемы, которые делают их интерактивными.
«Сегодняшние 3D-принтеры могут с легкостью создавать металлические, пластмассовые и резиновые объекты, — говорит Джим Макканн, научный сотрудник Disney Research Pittsburgh. — Но мягкие предметы из ткани, вроде плюшевых игрушек, до сих пор изготавливаются вручную. Многоуровневая тканевая печать может стать возможным методом автоматизации производства объектов этого класса».
Как это работает
Тканевый принтер в принципе аналогичен производству ламинированных объектов, которое берет бумагу или металл, нарезанные в двумерные формы, а затем связывает их вместе для формирования 3D-объекта. Работа с тканью сопряжена с определенными проблемами в нарезке и обработке, но команда Disney решила их в своем принтере.
Аппарат мягкой печати включает две поверхности изготовления: верхнюю режущую платформу и нижнюю связывающую платформу. Ткань подается из рулона в устройство, которое в вакууме удерживает ткань перед верхней режущей платформой, ниже которой располагается режущая лазерная головка. Лазер вырезает прямоугольный кусок в рулоне ткани, а затем из этого прямоугольника вырезает нужную двумерную форму. Вторая серия срезов остается незавершенной, поэтому форма удерживается на окружающей ткани в процессе изготовления.
После завершения резки, платформа склеивания поднимается к ткани, и вакуум отключается, высвобождая ткань. Платформа опускается, и подключается разогретая головка склеивания, которая нагревает и прессует ткань на предыдущих слоях. Ткань покрыта клеем, чувствительным к теплу, поэтому процесс связывания аналогичен креплению шитого орнамента с помощью скоб на ткань или баннер.
По завершении процесса, окружающая поддерживающая ткань отрывается вручную, открывая трехмерный объект. Ученые продемонстрировали эту технику, используя 32 слоя 2-миллиметрового войлока, чтобы создать 2,5-дюймового зайчика. Процесс занял порядка 2,5 часов.
Для создания объектов можно использовать два типа материала, скармливая машине рулон ткани слева направо и второй рулон — с юга на север. Если один из материалов проводящий, можно включить в устройство что-то вроде проводов. Ученые продемонстрировали эту возможность, создав морскую звезду с датчиком касания, а также тканевый чехол для смартфона, в котором спрятали антенну, которая могла принимать достаточно энергии с телефона, чтобы работал светодиод.
Качеством созданного объекта можно управлять в процессе изготовления, добавляя небольшие внутренние срезы, которые позволяют с легкостью сгибать объект в одном направлении, сохраняя жесткость в перпендикулярном.