3D printer smišlja ispis nepoznatim materijalom

Iako je 3D ispis postao uobičajena stvar, mnogi plastični materijali koje pisači koriste za izradu objekata ne mogu se lako reciklirati. Dok se novi održivi materijali pojavljuju za upotrebu u 3D ispisu, i dalje ih je teško usvojiti jer se postavke 3D pisača moraju prilagoditi za svaki materijal, što je proces koji se obično izvodi ručno.

Za ispis novog materijala od nule, obično se mora postaviti do 100 parametara u softveru koji kontrolira kako će pisač istisnuti materijal dok proizvodi predmet. Uobičajeno korišteni materijali, poput masovno proizvedenih polimera, uspostavili su skupove parametara koji su usavršeni kroz zamorne procese pokušaja i pogrešaka.

Ali svojstva obnovljivih materijala i materijala koji se mogu reciklirati mogu uvelike varirati ovisno o njihovom sastavu, tako da je fiksne skupove parametara gotovo nemoguće stvoriti.

Istraživački tim s američkog Instituta tehnologije MIT, Centra za bitove i atome (CBA), američkog Nacionalnog instituta za standarde i tehnologiju (NIST) i Nacionalnog centra za znanstvena istraživanja u Grčkoj (Demokritos) modificirao je ekstruder 3D pisača, tako da može mjeriti sile i protok materijala.

Ovi podaci, prikupljeni kroz 20-minutni test, unose se u matematičku funkciju koja se koristi za automatsko generiranje parametara ispisa. Ti se parametri mogu unijeti u standardni softver za 3D ispis i koristiti za ispis s materijalom koji nikada prije nije viđen.

Automatski generirani parametri mogu zamijeniti otprilike polovicu parametara koji se obično moraju podesiti ručno. U nizu probnih ispisa s jedinstvenim materijalima, uključujući nekoliko obnovljivih materijala, istraživači su pokazali da njihova metoda može dosljedno proizvesti održive parametre.

Započeli su s 3D printerom koji je njihov laboratorij prethodno razvio, a koji može snimati podatke i pružati povratne informacije dok radi. Istraživači su ekstruderu stroja dodali tri instrumenta koji vrše mjerenja koja se koriste za izračunavanje parametara.

Mjerna ćelija mjeri pritisak koji se vrši na filament za ispis, dok senzor brzine uvlačenja mjeri debljinu filamenta i stvarnu brzinu kojom prolazi kroz pisač.

Ova mjerenja mogu se koristiti za izračunavanje dva najvažnija, ali teško odrediva parametra ispisa, protoka i temperature. Gotovo polovica svih postavki ispisa u standardnom softveru povezana je s ova dva parametra.

Nakon što su postavili nove instrumente, istraživači su razvili 20-minutni test koji generira niz očitanja temperature i tlaka pri različitim brzinama protoka. U osnovi, test uključuje postavljanje ispisne mlaznice na najtopliju temperaturu, protok materijala fiksnom brzinom, a zatim isključivanje grijača.

Ti se podaci unose u funkciju koja automatski generira stvarne parametre za materijal i konfiguraciju stroja, na temelju relativnih ulaznih vrijednosti temperature i tlaka. Korisnik zatim može unijeti te parametre u softver za 3D ispis i generirati upute za pisač.

U eksperimentima sa šest različitih materijala, od kojih je nekoliko bilo na biološkoj osnovi, metoda je automatski generirala održive parametre koji su dosljedno dovodili do uspješnih ispisa složenog predmeta.

U budućnosti, istraživači planiraju integrirati ovaj proces sa softverom za 3D ispis tako da parametre ne treba unositi ručno. Osim toga, žele poboljšati svoj tehnologiju ugradnjom termodinamičkog modela 'vrućeg kraja', koji je dio pisača koji topi filament.

 Istraživanje objavljeno u časopisu Integrating Materials and Manufacturing Innovation potražite na ovoj poveznici.