Nova impressora 3D imprime 10 vezes mais rápido que os modelos existentes

Esquerda: Impressora FastFFF com área de trabalho 185 × 125 × 200 mm, estrutura de suporte em forma de H, cabos de fibra óptica para conectar a cabeça de impressão e os componentes eletrônicos de controle são visíveis. Direita: fotos tiradas durante a impressão de um copo espiral feito de plástico ABS no momento da impressão, após 120 segundos e 360 ​​segundos

Os engenheiros do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT) desenvolveram um novo design de cabeçote de impressão para impressão 3D usando o método FDM / FFF, ou seja, modelagem de deposição por fusão. Em vez da roda tradicional, eles usaram o método "helicoidal" de alimentar um fio texturizado. Isso aumentou a área de contato com a rosca, devido à qual a taxa de aquecimento, força de extrusão e velocidade de impressão aumentaram drasticamente.

FDM / FFF é o método de impressão mais comum usado em impressoras 3D de mesa de baixo custo. A aceleração da impressão em dez vezes permite que você imprima pequenas peças plásticas não em uma hora, mas em alguns minutos (veja a ilustração acima). O protótipo montado mostrou uma velocidade de 127 cm³ / h, que é cerca de 7 vezes mais rápida que as impressoras FDM disponíveis no mercado. A taxa máxima de extrusão (282 cm³ / h) é aproximadamente 14 vezes maior que a deles. Nas modernas impressoras 3D convencionais, a velocidade geralmente não excede 20 cm³ / h, é realmente lenta.

A tecnologia de impressão 3D existente usando o método FDM / FFF possui várias restrições internas à velocidade máxima de impressão - essas são restrições à velocidade de movimento da cabeça de impressão na estrutura de suporte, à força de extrusão e ao comprimento da câmara mais fina. Os engenheiros do MIT conseguiram superar essas limitações com uma extrusora especialmente projetada, um diluente de filamento aquecido a laser e uma estrutura de suporte em forma de H com dois servomotores. Isso tornou possível aumentar a força de extrusão, a taxa de aquecimento do filamento e a velocidade de movimento da cabeça de impressão, respectivamente.


Dependência da velocidade de impressão pelo método de deposição camada a camada da resolução de impressão em vários modelos de impressora, com restrições na velocidade de movimento da cabeça de impressão na estrutura de suporte, força de extrusão e comprimento da câmara mais fina. A área total sob as três curvas restritivas corresponde à velocidade teoricamente possível do sistema. Os ícones mostram o desempenho de quatro impressoras 3D disponíveis no mercado. O lado direito mostra a penetração da temperatura através de um material condutor de calor que não tem tempo para aquecer com altas taxas de alimentação

Os mecanismos de extrusão e aquecimento são colocados em uma cabeça de impressão compacta, que recebe filamentos de plástico texturizados e aquece rapidamente o material antes da impressão.


Esquerda: foto de uma cabeça de impressão com alimentador e aquecedor a laser da peça de trabalho (extremidade quente). Direita: modelo secional da seção de produção. Aqui é mostrado como o laser interage com o filamento, passando por uma câmara de quartzo coberta por dentro com uma folha de ouro refletida. Após a câmara de aquecimento a laser, a rosca entra na câmara de aquecimento por contato

A velocidade de impressão depende da velocidade de movimento da cabeça de impressão e, por sua vez, depende da resolução da impressão. Assim, a velocidade máxima e a resolução máxima são inatingíveis ao mesmo tempo, portanto, é necessário encontrar um compromisso aceitável, sacrificando uma dessas duas características.

Os desenvolvedores do FastFFF acreditam que a impressão 3D de alta velocidade abre oportunidades para novas maneiras de usar essa tecnologia e para novos modelos de negócios quando peças compactas são produzidas em alguns minutos, e não em uma hora. A aceleração cardinal dá motivos para acreditar que o escopo de uso da impressão 3D se expandirá. “Se eu conseguir prototipar uma peça, talvez um suporte ou equipamento, em cinco a dez minutos, e não em uma hora, ou durante a maior parte do intervalo do almoço, em vez do dia seguinte, então posso desenvolver, criar e testar produtos rapidamente”, diz Anastasius John Hart (Anastasios John Hart), professor associado e diretor do Laboratório de Manufatura e Produtividade e do Grupo de Mecanossíntese. - Se eu sou técnico de manutenção e traduz uma impressora 3D rápida em um carro, posso imprimir peças personalizadas para reparo assim que descobrir a causa da falha. Não há necessidade de ir ao armazém e procurar esses detalhes. " O professor mencionou a possibilidade de usar a impressão 3D de alta velocidade em ambulâncias de emergência e em áreas remotas da civilização.


Ainda existe uma opção para adaptar a tecnologia descrita para impressão com termoplástico a altas temperaturas e materiais compósitos que exigem altas forças de extrusão.

Os engenheiros demonstraram os recursos da nova impressora 3D imprimindo peças de várias formas (na foto abaixo). A impressão de cada um deles levou vários minutos.



O artigo científico foi publicado no site de pré-impressão arXiv.org em 2 de julho de 2017 (arXiv: 1709.05918v1) e também foi publicado em 14 de outubro de 2017 na revista Additive Manufacturing (doi: 10.1016 / j.addma.2017.10.01.01).