La nueva impresora 3D imprime 10 veces más rápido que los modelos existentes

Izquierda: impresora FastFFF con área de trabajo de 185 × 125 × 200 mm, marco de soporte en forma de H, cables de fibra óptica para conectar el cabezal de impresión y electrónica de control son visibles. Derecha: fotos tomadas mientras se imprime una copa espiral hecha de plástico ABS en el momento de la impresión, después de 120 segundos y 360 segundos

Los ingenieros del Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT) han desarrollado un nuevo diseño de cabezal de impresión para la impresión 3D utilizando el método FDM / FFF, es decir, el modelado de deposición fundida. En lugar de la rueda tradicional, utilizaron el método "helicoidal" para alimentar un hilo texturizado. Esto aumentó el área de contacto con el hilo, debido a que la velocidad de calentamiento, la fuerza de extrusión y la velocidad de impresión aumentaron drásticamente.

FDM / FFF es el método de impresión más común utilizado en impresoras 3D de escritorio de bajo costo. La aceleración de impresión de diez veces le permite imprimir pequeñas piezas de plástico no en una hora, sino en unos minutos (vea la ilustración de arriba). El prototipo ensamblado mostró una velocidad de 127 cm³ / h, que es aproximadamente 7 veces más rápida que las impresoras FDM disponibles comercialmente. La velocidad máxima de extrusión (282 cm³ / h) es aproximadamente 14 veces mayor que la de ellos. En las impresoras 3D convencionales modernas, la velocidad generalmente no supera los 20 cm³ / h, es realmente lenta.

La tecnología de impresión 3D existente que utiliza el método FDM / FFF tiene una serie de restricciones incorporadas en la velocidad máxima de impresión: estas son restricciones en la velocidad de movimiento del cabezal de impresión en el marco de soporte, la fuerza de extrusión y la longitud de la cámara más delgada. Los ingenieros del MIT lograron superar estas limitaciones con una extrusora especialmente diseñada, un diluyente de filamentos calentado con láser y un marco de soporte en forma de H con dos servomotores. Esto hizo posible aumentar la fuerza de extrusión, la velocidad de calentamiento del filamento y la velocidad de movimiento del cabezal de impresión, respectivamente.


Dependencia de la velocidad de impresión mediante el método de deposición capa por capa en la resolución de impresión en varios modelos de impresoras, con restricciones en la velocidad de movimiento del cabezal de impresión en el marco de soporte, la fuerza de extrusión y la longitud de la cámara más delgada. El área total bajo las tres curvas restrictivas corresponde a la velocidad teóricamente posible del sistema. Los iconos muestran el rendimiento de cuatro impresoras 3D disponibles en el mercado. El lado derecho muestra la penetración de la temperatura a través de un material termoconductor que no tiene tiempo para calentarse a altas velocidades de alimentación.

Los mecanismos de extrusión y calentamiento se colocan en un cabezal de impresión compacto, que recibe filamentos de plástico con textura y calienta rápidamente el material antes de imprimir.


Izquierda: foto de un cabezal de impresión con un alimentador y un calentador láser de la parte de trabajo (extremo caliente). Derecha: modelo seccional de la sección de producción. Aquí se muestra cómo el láser interactúa con el filamento, pasando a través de una cámara de cuarzo cubierta desde el interior con una lámina de oro reflectante. Después de la cámara de calentamiento por láser, el hilo entra en la cámara de calentamiento por contacto.

La velocidad de impresión depende de la velocidad de movimiento del cabezal de impresión y, a su vez, depende de la resolución de impresión. Por lo tanto, la velocidad máxima y la resolución máxima son inalcanzables al mismo tiempo, por lo que debe encontrar un compromiso aceptable, sacrificando una de estas dos características.

Los desarrolladores de FastFFF creen que la impresión 3D de alta velocidad abre oportunidades para nuevas formas de usar esta tecnología y para nuevos modelos comerciales cuando las piezas compactas se realizan en un par de minutos, no en una hora. La aceleración cardinal da razones para creer que el alcance del uso de la impresión 3D se ampliará. "Si puedo crear un prototipo de una pieza, tal vez un soporte o equipo, en cinco a diez minutos, y no en una hora, o durante la mayor parte del almuerzo en lugar del día siguiente, entonces puedo desarrollar, crear y probar productos rápidamente", dice Anastasius John Hart (Anastasios John Hart), profesor asociado y director del Laboratorio de Fabricación y Productividad y del Grupo de Mecanosíntesis. - Si soy un reparador y traduzco una impresora 3D rápida en un automóvil, puedo imprimir piezas personalizadas para repararlas tan pronto como descubra la causa de la falla. No es necesario ir al almacén y buscar este detalle ". El profesor mencionó la posibilidad de utilizar la impresión 3D de alta velocidad en ambulancias de emergencia y en áreas alejadas de la civilización.


Todavía hay una opción para adaptar la tecnología descrita para imprimir con termoplástico a altas temperaturas y materiales compuestos que requieren altas fuerzas de extrusión.

Los ingenieros demostraron las capacidades de la nueva impresora 3D al imprimir partes de varias formas (en la foto a continuación). Imprimir cada uno de ellos tomó varios minutos.



El artículo científico se publicó en el sitio de preimpresión arXiv.org el 2 de julio de 2017 (arXiv: 1709.05918v1), y también se publicó el 14 de octubre de 2017 en Additive Manufacturing (doi: 10.1016 / j.addma.2017.10.016).