約翰霍普金斯大學(xué)開發(fā)新語言代碼T-Code：增強(qiáng)3D打印頭功能和速度

2025年1月31日，南極熊獲悉，約翰霍普金斯大學(xué)在3D打印技術(shù)的不斷發(fā)展中再次取得了新的進(jìn)展。研究人員Jochen Mueller和Sarah Propst領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊開發(fā)出了一種名為T-Code（時間代碼）的全新3D打印語言，這是一種通過將輔助控件與傳統(tǒng)編程語言分離來增強(qiáng)3D打印功能的創(chuàng)新方法。

△T-Code將標(biāo)準(zhǔn)G代碼命令分為兩個協(xié)調(diào)軌道：一個用于打印路徑指令，另一個用于基本打印頭功能

T代碼提升了打印速度、精度和多功能性

直接墨水書寫 (DIW) 是現(xiàn)代增材制造的核心，它以多功能性和創(chuàng)建復(fù)雜多功能結(jié)構(gòu)的能力而聞名。然而，這種方法的有效性受到G代碼 (G-Code) 的嚴(yán)格框架的阻礙（它是大多數(shù)3D打印機(jī)使用的語言）。G代碼的逐行執(zhí)行可能會無意中導(dǎo)致缺陷并增加打印時間，因為任何輔助命令（如控制材料流或固化過程的命令）都會迫使打印機(jī)在每條新指令下停止操作。

△上圖顯示了正在打印的單條連續(xù)材料線或長絲，以及使用G代碼的輔助命令導(dǎo)致的頻繁停止和中斷。相比之下，T代碼也顯示了一條不間斷的長絲。使用T代碼打印的晶格結(jié)構(gòu)顯示打印缺陷有所減少（相關(guān)研究傳送門）

研究人員希望借助新語言來消除這些干擾。T代碼的創(chuàng)新架構(gòu)使得3D打印機(jī)能夠同步執(zhí)行復(fù)雜的運(yùn)動和功能，例如實(shí)現(xiàn)平滑的顏色漸變和動態(tài)材料切換。這種并行處理方法由Python腳本實(shí)現(xiàn)，顯著減少了傳統(tǒng)打印過程中因頻繁暫停而產(chǎn)生的速度減慢和缺陷。

另外，T代碼不僅節(jié)省了時間，還擴(kuò)展了可生產(chǎn)組件的范圍。約翰霍普金斯大學(xué)的研究人員在生物醫(yī)學(xué)、光學(xué)、機(jī)械工程和電子領(lǐng)域看到了新代碼在制造高性能部件的巨大潛力，例如，從可穿戴電子設(shè)備到定制假肢。

除了加快打印速度和減少缺陷之外，T代碼還開辟了功能性漸變的新途徑，允許沿打印路徑動態(tài)改變屬性，如絲材直徑和材料成分。這項功能使得設(shè)計師能夠在單次打印過程中優(yōu)化機(jī)械性能，如剛度、強(qiáng)度或能量吸收，而無需多次運(yùn)行或復(fù)雜的后處理。通過允許精確地按時間而非空間進(jìn)行更改，生成的部件可以展示高級功能，例如分級填充或無縫顏色過渡。

△T-Code將打印機(jī)的運(yùn)動與補(bǔ)充功能同步，例如材料切換

T代碼提升并行化生產(chǎn)與材料多功能性

總的來說，研究人員特別強(qiáng)調(diào)了T代碼在大規(guī)模定制生產(chǎn)中的可擴(kuò)展性。得益于打印頭控制的連續(xù)性，無需因每次開關(guān)或命令而中斷運(yùn)動，多個打印頭可以實(shí)現(xiàn)并行操作，每個打印頭獨(dú)立同步執(zhí)行任務(wù)。這種并行化顯著縮短了整體生產(chǎn)時間，尤其在大批量組件的生產(chǎn)或需要不同材料屬性的復(fù)雜單次打印任務(wù)中效果顯著。同步功能甚至允許同時構(gòu)建不同的幾何形狀，使得高度定制化產(chǎn)品能在單一自動化周期內(nèi)完成生產(chǎn)。

另外，T代碼的設(shè)計與硬件無關(guān)，這使得它能夠輕松集成到現(xiàn)有的3D打印機(jī)中，只需進(jìn)行少量調(diào)整。通過保持核心運(yùn)動規(guī)劃不變，并僅添加Python腳本作為輔助命令，新代碼能夠適應(yīng)各種材料，從消費(fèi)級打印機(jī)中的熱塑性塑料到高端工業(yè)設(shè)備中的專用油墨。該團(tuán)隊認(rèn)為，這種靈活性將降低研究人員和制造商的門檻，促進(jìn)更廣泛的采用，并推動多功能3D打印技術(shù)的進(jìn)一步創(chuàng)新。