羅格斯大學(xué)開發(fā)出“更快、更精確”的FFF 3D 打印方法—多噴嘴熔融制造

2022年8月3日，南極熊獲悉，羅格斯大學(xué)的研究人員在最近一項的研究中，開發(fā)出了一種“更快、更精確”的FFF3D 打印工藝。該方法被命名為多噴嘴熔絲制造 (MF3)，它涉及單個機架和一系列小噴嘴，而不是 FDM 中傳統(tǒng)使用的單個大噴嘴。

材料擠出式增材制造(MatEx) 的短構(gòu)建時間是工業(yè)規(guī)模大零件和大批量經(jīng)濟打印的關(guān)鍵。一種流行的解決方案是以降低幾何分辨率和更大的后處理浪費為代價來打印大型道路。此外，業(yè)內(nèi)還有一種并行的替代方案，即使用多個打印頭同時打印零件的不同部分，但該工藝受到幾何復(fù)雜性有限、成本高和機器設(shè)計復(fù)雜的影響。

來自羅格斯大學(xué)的研究人員通過采用多噴嘴模式，已經(jīng)能夠以其他 3D 打印方法的一小部分成本來 3D 打印大型和復(fù)雜的零件。此外，該方法的亮點之處在于不僅可以顯著減少打印時間，還可以增加打印分辨率和零件尺寸。

這項有關(guān)MF3 打印工藝的研究被發(fā)表在《Additive Manufacturing》期刊上，題為“熔絲制造的可擴展、靈活和彈性并行化：打破材料擠出增材制造中的地方性權(quán)衡/calable, flexible and resilient parallelization of fused filamentfabrication: Breaking endemic tradeoffs in material extrusion additivemanufacturing”中，該論文由Jeremy Cleeman和Alex Bogut等人撰寫。

相關(guān)論文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2214860422003232

研究人員解釋說，MF3 技術(shù)通過與多臺FFF 擠出機同時打印而無需單獨控制每臺擠出機的運動來工作。這是通過“使用一種新的刀具路徑策略來實現(xiàn)的，這種策略植根于我們對連續(xù)長絲收縮和推進的發(fā)現(xiàn)”。

△ MF3 的工作流程以及打印結(jié)果的概念圖（圖片來源：羅格斯大學(xué)）

MF3 流程中軟件的重要性

這種新的 MF3 工藝成功背后的關(guān)鍵之一是它背后的控制軟件。研究人員開發(fā)了自己的切片器軟件，以優(yōu)化龍門臂的運動，這種打印策略源于研究人員在連續(xù)長絲收縮和推進方面取得的突破。此外，該軟件能夠檢測在打印時應(yīng)打開或關(guān)閉哪些噴嘴以實現(xiàn)最高效率，這使得操作員可以在同一臺機器上以前所未有的吞吐量和分辨率組合打印非周期性 3D 結(jié)構(gòu)、較大的連續(xù)零件或多個較小的不同零件或兩者的混合物，而不受最先進的并行化方法的限制。這種工藝還具有第二個潛在的好處，即減少打印機停機時間。當(dāng)噴嘴堵塞或不工作時，軟件可以將其關(guān)閉并專注于其他噴嘴。相比之下，在只有一個噴嘴的打印機中，操作者只能選擇關(guān)閉機器。

此外，這些進步使研究人員能夠克服所謂的吞吐量-分辨率權(quán)衡，或 3D 打印機沉積材料的速度與最終部件的分辨率難以兼?zhèn)涞奶魬?zhàn)。到目前為止，用戶一直在打印機的功能選擇上苦苦掙扎，因為較大直徑的噴嘴可以顯著提高打印速度，但分辨率較低。另一方面，較小的噴嘴允許更高的分辨率和更詳細(xì)的能力，但過程較慢。通過增加噴嘴的數(shù)量并優(yōu)化它們的使用方式，而不是專注于打印頭同時打印零件的部分的并行化，MF3 工藝使研究人員能夠完全繞過這個問題，打破了吞吐量-分辨率的權(quán)衡，而無需采取考慮到現(xiàn)有的成本/幾何限制。

△使用 0.4 毫米直徑噴嘴的 MF3 原型打印的零件（圖片來源：羅格斯大學(xué)）

羅格斯工程學(xué)院的研究員、MF3 工藝研究的主要作者 Jeremy Cleeman 總結(jié)道：“我們需要進行更多測試來了解我們可以制造的零件的強度和幾何潛力，但只要這些元素存在，我們相信這可能會改變行業(yè)的游戲規(guī)則。”