Printer 3D baru mencetak 10 kali lebih cepat dari model yang ada

Kiri: Printer FastFFF dengan area kerja 185 × 125 × 200 mm, bingkai dukungan berbentuk H, kabel serat optik untuk menghubungkan print head dan kontrol elektronik terlihat. Kanan: foto yang diambil saat mencetak cangkir spiral yang terbuat dari plastik ABS pada saat dicetak, setelah 120 detik dan 360 detik

Insinyur di Massachusetts Institute of Technology (MIT) telah mengembangkan desain printhead baru untuk pencetakan 3D menggunakan metode FDM / FFF, yaitu pemodelan deposisi yang menyatu. Alih-alih roda tradisional, mereka menggunakan metode "heliks" untuk memberi makan benang bertekstur. Ini meningkatkan area kontak dengan ulir, yang karenanya laju pemanasan, gaya ekstrusi, dan kecepatan pencetakan meningkat secara dramatis.

FDM / FFF adalah metode pencetakan yang paling umum digunakan pada printer 3D desktop murah. Percepatan pencetakan sepuluh kali lipat memungkinkan Anda mencetak komponen plastik kecil tidak dalam satu jam, tetapi dalam beberapa menit (lihat ilustrasi di atas). Prototipe rakitan menunjukkan kecepatan 127 cm³ / jam, yang sekitar 7 kali lebih cepat dari printer FDM yang tersedia secara komersial. Tingkat ekstrusi maksimum (282 cm³ / jam) kira-kira 14 kali lebih besar dari mereka. Pada printer 3D konvensional modern, kecepatan biasanya tidak melebihi 20 cm³ / jam, ini sangat lambat.

Teknologi pencetakan 3D yang ada menggunakan metode FDM / FFF memiliki sejumlah pembatasan bawaan pada kecepatan cetak maksimum - ini adalah pembatasan kecepatan pergerakan print head pada bingkai pendukung, gaya ekstrusi dan panjang ruang lebih tipis. Insinyur MIT mampu mengatasi keterbatasan ini dengan extruder yang dirancang khusus, lebih tipis filamen laser-dipanaskan, dan kerangka dukungan berbentuk H dengan dua servomotor. Ini memungkinkan untuk meningkatkan gaya ekstrusi, laju pemanasan filamen dan kecepatan pergerakan print head.


Ketergantungan kecepatan pencetakan dengan metode deposisi lapis demi lapis pada resolusi cetak dalam berbagai model printer, dengan pembatasan kecepatan pergerakan print head pada bingkai pendukung, kekuatan ekstrusi dan panjang ruang lebih tipis. Total area di bawah ketiga kurva restriktif sesuai dengan kecepatan sistem yang dimungkinkan secara teoritis. Ikon menunjukkan kinerja empat printer 3D yang tersedia secara komersial. Sisi kanan menunjukkan penetrasi suhu melalui bahan penghantar panas yang tidak punya waktu untuk memanaskan pada tingkat umpan yang tinggi

Mekanisme ekstrusi dan pemanasan ditempatkan dalam print head kompak, yang menerima filamen plastik bertekstur dan dengan cepat memanaskan material sebelum dicetak.


Kiri: foto kepala cetak dengan pengumpan dan pemanas laser bagian yang bekerja (ujung panas). Kanan: model penampang bagian produksi. Di sini diperlihatkan bagaimana laser berinteraksi dengan filamen, melewati ruang kuarsa yang ditutupi dari dalam dengan kertas emas pemantul. Setelah ruang pemanas laser, utas memasuki ruang pemanas kontak

Kecepatan cetak tergantung pada kecepatan pergerakan print head, dan tergantung pada resolusi cetak. Dengan demikian, kecepatan maksimum dan resolusi maksimum tidak dapat dicapai secara bersamaan, jadi Anda harus menemukan kompromi yang dapat diterima, mengorbankan salah satu dari dua karakteristik ini.

Pengembang FastFFF percaya bahwa pencetakan 3D berkecepatan tinggi membuka peluang bagi cara-cara baru untuk menggunakan teknologi ini dan untuk model bisnis baru ketika komponen-komponen kecil dibuat dalam beberapa menit, bukan satu jam. Akselerasi kardinal memberi alasan untuk meyakini bahwa ruang lingkup penggunaan pencetakan 3D akan meluas. “Jika saya dapat membuat prototipe bagian, mungkin braket atau peralatan, dalam lima hingga sepuluh menit, dan tidak dalam satu jam, atau untuk sebagian besar istirahat makan siang daripada hari berikutnya, maka saya dapat dengan cepat mengembangkan, membuat dan menguji produk,” kata Anastasius John Hart (Anastasios John Hart), associate professor dan direktur Laboratorium untuk Manufaktur dan Produktivitas dan Grup Mechanosynthesis. - Jika saya seorang tukang reparasi dan menerjemahkan printer 3D cepat di dalam mobil, saya dapat mencetak suku cadang khusus untuk diperbaiki segera setelah saya mengetahui penyebab kerusakannya. Tidak perlu pergi ke gudang dan mencari detail ini. " Profesor itu menyebutkan kemungkinan menggunakan pencetakan 3D berkecepatan tinggi di ambulans darurat dan di daerah yang jauh dari peradaban.


Masih ada opsi untuk mengadaptasi teknologi yang dijelaskan untuk pencetakan dengan termoplastik pada suhu tinggi dan material komposit yang membutuhkan kekuatan ekstrusi tinggi.

Insinyur menunjukkan kemampuan printer 3D baru dengan mencetak bagian-bagian dari berbagai bentuk (dalam foto di bawah). Pencetakan masing-masing dari mereka membutuhkan waktu beberapa menit.



Artikel ilmiah ini diposting di situs pracetak arXiv.org pada 2 Juli 2017 (arXiv: 1709.05918v1), dan juga diterbitkan pada 14 Oktober 2017 di Additive Manufacturing (doi: 10.1016 / j.addma.2017.10.016).