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約翰霍普金斯大學發(fā)明的自適應噴嘴,可實現(xiàn)快速且準確的3D打印

3D打印前沿
2024
07/06
14:30
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本帖最后由 冰墩熊 于 2024-7-6 13:43 編輯

導讀:在3D打印中,用戶通常面臨選擇高分辨率或高速打印的困境。直徑較小的噴嘴適合高分辨率打印,能呈現(xiàn)細節(jié);而直徑較大的噴嘴則能提高打印速度。然而,一種新的技術或方法可能會使用戶不再需要在精確性和速度之間做出妥協(xié)。

△約翰霍普金斯大學開發(fā)的自適應3D打印噴嘴

2024年7月6日,南極熊獲悉,約翰霍普金斯大學惠廷工程學院的研究人員Jochen Müller和Seok Won Kang開發(fā)了一種名為AN3DP的自適應噴嘴技術,可以在3D打印過程中動態(tài)調整直徑和橫截面形狀。這項創(chuàng)新使得用戶可以同時實現(xiàn)高分辨率和高速度的打印效果,而無需在精確性和速度之間做出妥協(xié)。這種技術不僅能夠加快打印速度,還能保證打印過程中的精細細節(jié),有效避免打印錯誤,為3D打印領域帶來了重要的進展。


同時優(yōu)化噴嘴尺寸和長絲橫截面形狀

固定噴嘴通常會導致過度擠出或擠出不足,進而引發(fā)階梯效應,特別是在處理既有復雜細節(jié)又有實體元素的部件時。因此,該團隊的主要動機是通過使用自適應噴嘴來改進3D打印的過程和結果。

工程師們從人類和動物的可伸縮抓取工具以及肌腱機制中獲得了靈感。AN3DP噴嘴配備了八個可移動的針腳,這些針腳通過彈性薄膜連接在一起。電機控制這些針腳的運動,以調整噴嘴的形狀和大小,而薄膜則確保材料流動的均勻性。

這種移動針腳與彈性薄膜的組合對于生產精確而復雜的結構至關重要,并且能夠實現(xiàn)快速生產。與市場上現(xiàn)有的可變噴嘴相比,AN3DP的設計不僅可以調整噴嘴的直徑,還能改變長絲的橫截面形狀,從而更好地控制成型材料的形狀。

△AN3DP噴嘴

除了針和膜外,精確度和速度還得益于自適應噴嘴的錐形內部設計。研究人員表示,“傳統(tǒng)的3D打印機使用固定噴嘴,這限制了分辨率或速度。較小的噴嘴可以提高分辨率,但會減慢打印速度,而較大的噴嘴可以提高速度,但會減少細節(jié)。AN3DP的設計克服了這一問題,它可以根據(jù)每個打印特征的具體要求進行調整,從而實現(xiàn)高分辨率和更快的打印速度!

△通過在打印過程中調整噴嘴的形狀和大小,可以創(chuàng)建更光滑、連續(xù)的表面,從而提高打印物體的整體質量

自適應噴嘴消除“Minecraft效應”

AN3DP目前可以擠出各種材料,包括聚合物、水凝膠、陶瓷、金屬、復合材料甚至生物材料。該系統(tǒng)能夠承受高達200°C的工作溫度,并計劃將來集成到FFF系統(tǒng)中。這種新型噴嘴對于提高打印質量有顯著作用。

△AN3DP打印頭的設計和實現(xiàn)

Müller解釋道:“這種自適應噴嘴的主要優(yōu)點之一是能夠減少‘階梯’效應。這種效應類似于《Minecraft》(我的世界)游戲中的方塊狀圖案,當使用固定尺寸的噴嘴在傾斜或彎曲的表面上打印時,會出現(xiàn)明顯的臺階效果,而非光滑的表面。通過在打印過程中調整噴嘴的形狀和尺寸,我們可以實現(xiàn)更加平滑、連續(xù)的表面,從而提高打印對象的整體質量!

該團隊表示AN3DP也有改進的空間。目前噴嘴的設計需要手動安裝和清潔,這是它目前的主要缺點。除了這些額外的工作外,噴嘴目前只能用于單一的制造過程。

Müller和Kang目前正在努力調整設計,以克服這些限制,并將AN3DP開發(fā)成為可行的解決方案。他們的目標是使AN3DP成為日常和工業(yè)應用中具有吸引力的解決方案,并改善各個領域的打印效果,從航空航天部件和軟電子設備到結構梁和墻壁。




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