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MIT开发3D桌面打印机比现有对应物快10倍

时间:2021-07-18 11:52:09 来源:

物体的集合和测试样品印在新的3-D打印机上,包括微型椅子,在麻省理工学院,眼镜框架,螺旋杯和螺旋锥齿轮上建造10的简化模型。图像:切尔西特纳(使用研究人员提供的图像)

麻省理工学院的工程师开发了一种新的桌面3D打印机,比现有的商业对应物快10倍。而最常见的打印机可以在一小时内制造几块乐高型砖块,而新的设计只需几分钟即可在几分钟内打印类似尺寸的物体。

团队灵活设计的关键在于打印机的紧凑型打印头,它包含两个新的速度增强组件:螺杆机构通过高力通过喷嘴馈送聚合物材料;和一个激光,内置在打印头中,快速加热并熔化材料,使其能够通过喷嘴更快地流动。

该团队通过印刷各种详细的手持3D物体,包括小眼镜框架,锥齿轮和MIT圆顶的微型复制品来展示其新设计 - 每分钟开始,从开始完成,从开始完成。

MIT机械工程副教授Anastasios John Hart表示,新的打印机展示了3D打印的可能性,成为一种更加可行的生产技术。

“如果我可以获得原型部分,可能是一个支架或装备,在五到10分钟而不是一个小时,或者在我的午休而不是第二天,我可以更快地进行更大的部分,而不是第二天,我可以更快地测试, “Hart说,他也是麻省理工学院制造业和生产力和机械合作组的实验室主任。“如果我是一个维修技术人员,我可以在我的车辆中有一个快速的3D打印机,我可以在我打破的时候3D打印维修部门。我不必去仓库,把它从库存中取出。“

HART补充说,他设想了“在急诊医学中的应用,以及在远程位置的各种需求。快速3D打印创建有价值的新方法,并实现新的市场机会。“

HART和Jamison Go Sm '15是哈特实验室的前研究生研究员,在杂志上发表了他们的结果。

慢流动

在以前的论文中,HART并开始识别限制最常见的台式3D打印机的速度的潜在原因,该级桌面3D打印机挤出塑料层,层层,在该行业中称为“融合灯丝制造”的过程中。

“现在,每年都有数以万计的桌面打印机使用这个过程在世界各地销售,”哈特说。“3D打印的可行性的关键限制之一是您可以打印某些东西的速度。”

HART和GO先前确定了商用桌面挤出3D打印机,平均,按约20立方厘米的速度打印,或每小时的几个乐高砖的结构。“这真的很慢,”哈特笔记。

该团队确定了限制打印机速度的三个因素:打印机可以移动其打印头的速度,打印头可以将打印头施加多少力以将其推穿喷嘴,并且打印头可以快速地传输热量以熔化材料并制造它流动。

“那么,鉴于我们对这三个变量限制的内容的理解,我们询问我们如何设计新的打印机,可以自己在一个系统中改进所有三个,”哈特说。“现在我们建立了它,它很好地工作。”

得到一个抓住

在大多数桌面3D打印机中,塑料通过喷嘴通过喷嘴送入,其中打印头内的两个小车轮旋转并推动塑料,或灯丝向前推动。这与相对缓慢的速度相对较好,但如果应用更多的力量加速过程,则在某种程度上,车轮将失去对材料的抓地力 - “机械缺点”,哈特把它放置,这限制了速度打印头可以推动材料。

哈特并选择使用捏捏的设计,用螺丝机构取代,螺丝机构在打印头内。该团队将纹理塑料灯丝送到螺钉上,随着螺杆转动,它夹在灯丝的纹理表面上,并能够在较高力和速度下通过喷嘴馈送细丝。

“使用这种螺丝机制,我们在丝网上有很多接触区域,丝状纹理,”HART说。“因此,我们可以获得更高的驱动力,容易提高10倍的力量。”

该团队在螺杆机构的下游添加了激光,在通过喷嘴之前加热并熔化灯丝。以这种方式,与传统的3D打印机相比,塑料更快且熔化,与传统的3D打印机相比,使用传导将喷嘴的壁加热以熔化挤出塑料。

哈特并找到,通过调节激光器的功率并快速转动,它们可以控制输送到塑料的热量。它们将激光器和螺钉机构集成到紧凑,定制的打印头上,了一下电脑鼠标的大小。

最后,它们设计了一个高速龙门机构 - 由两个电动机提供动力的H形框架,连接到保持打印头的运动级。龙门石被设计和编程,以便在多个位置和平面之间采用光纤移动。通过这种方式,整个打印头能够快速移动以跟上挤出塑料的更快的饲料。

“我们设计了打印头具有高力,高加热容量,以及打印机快速移动的能力,比现有台式打印机更快,”Hart说。“所有三个因素使打印机能够比我们基准的商业打印机快10倍。”

3d视图

研究人员用新的打印机打印了几个复杂的零件,每次在五到10分钟内产生,与传统打印机的一个小时相比。然而,他们在速度设计中遇到了一个小故障:挤出塑料在这种高力下通过喷嘴送入,并且在打印机挤出第二层时,印刷层仍然可以稍微熔融。

“我们发现当您完成一层并返回开始下一个图层时,前一层仍然有点太热。所以我们必须在印刷中积极冷却零件,保留部分的形状,以便它不会变形或软化,“哈特说。

这是研究人员目前正在接受的设计挑战,与该数学相结合,可以优化打印头的路径。他们还将探索通过打印机馈送的新材料。

“我们有兴趣将这种技术应用于更先进的材料,如高强度聚合物,复合材料。我们还在研究大规模的3D打印,而不仅仅是打印桌面尺度对象,而是更大的工具结构,甚至是家具,“Hart说。“打印快速的能力打开了许多令人兴奋的机会的门。”

该研究得到了洛克希德马丁公司的支持。

出版物:Jamison Go&A. John Hart,“快速桌面挤出添加剂制造,”添加剂制造业,2017; DOI:10.1016 / J.addma.2017.10.016


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