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MIT开发出比商用3D打印机快10倍的桌面3D打印机

导读: 虽然3D打印可以加快生产时间,并使得从零开始创建产品和组件变得更加容易,但麻省理工学院的工程师正在向前迈进一步。该团队已经开发出一种新的桌面3D打印机,其性能比现有商用打印机快10倍。

虽然3D打印可以加快生产时间,并使得从零开始创建产品和组件变得更加容易,但麻省理工学院的工程师正在向前迈进一步。该团队已经开发出一种新的桌面3D打印机,其性能比现有商用打印机快10倍。

大多数常见的桌面3D打印机能够在一个小时内打印几厘米大小的模块。不过,新设计可以在几分钟内打印出类似大小的模块。

MIT开发出比商用3D打印机快10倍的桌面3D打印机

该小组在紧凑的打印头中结合了两种新的速度增强组件:一种通过喷嘴以高力供给聚合物材料的螺旋机构;打印头内置的激光器,可以快速加热和熔化材料,使其能够更快地流过喷嘴。

为了展示机器的功能,团队在几分钟内打印出各种详细的手持3D对象。据麻省理工学院机械工程副教授Anastasios John Hart介绍,这台新机器所展示的能力将3D打印的界限推向了更为可行的生产技术。

“如果我可以在5到10分钟内而不是一个小时内获得原型零件,也许是一个支架或一个齿轮,我可以更快地设计、构建和测试,”麻省理工学院制造与生产力实验室和机械合成小组主任Hart说道。Hart和Hart实验室前研究员Jamison Go于15日在“增材制造”杂志上发表了他们的研究成果。

在之前的一篇论文中,二人发现了使用“熔丝制造”限制最常见台式3D打印机速度的根本原因。商用台式挤出3D打印机平均打印速度约为20立方厘米,这是非常缓慢的结构。

研究小组确定了限制打印机速度的三个因素:打印机移动打印头的速度有多快,打印头可以施加多大的力量以将材料推过喷嘴,以及打印头能够多快地传热以熔化材料并使其流动。

Hart说:“然后,根据我们对于这三个变量的限制的理解,我们提出了我们如何设计一台新的打印机,从而改善三个系统的兼容性。现在我们已经建好了,而且工作得很好。”

用在打印头内转动的螺丝机构替换它。研究人员将一根带纹理的塑料长丝送入螺杆,当螺杆转动时,它将抓住长丝的纹理表面,并能够以更高的力和速度将长丝送入喷嘴。

线材上的纹理提供了更大的接触面积,可以提供更高的驱动力。

该团队在螺杆机构的下方增加了一个激光器,在通过喷嘴之前加热和熔化线材,熔化得更快更均匀。

Hart和Go发现,通过调整激光器的功率并快速开关,可以控制传递给塑料的热量。他们将激光和螺旋机制集成到一个紧凑的、定制的打印头中,大小与计算机鼠标相当。

最后,他们设计了一个高速龙门机构,一个由两个电机驱动的H形框架,连接到一个保持打印头的运动平台。龙门架的设计和编程灵活地在多个位置和平面之间移动。

研究人员在加速这个过程时遇到了一些挑战,特别是在物体层的温度上。挤出的塑料以如此高的驱动力和温度通过喷嘴供给,使得在打印机挤出第二层时,打印层仍然可以稍微熔化。

Hart说:“所以我们必须在打印过程中确保部件快速冷却,以保持部件的形状,避免变形或软化。”

该团队正在应对这一挑战,并探索优化打印头的方法。

“我们有兴趣将这种技术应用于更高级的材料,如高强度聚合物、复合材料。我们也在进行更大规模的3D打印,不仅仅是打印桌面级的物体,还有更大的工具结构。”Hart说,“快速打印的能力打开了许多令人兴奋的机会的大门。”

据悉,这项研究得到了洛克希德·马丁公司的资助。

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