麻省理工開(kāi)發(fā)了一種新型FDM 3D打印機(jī)，可以自動(dòng)為未知材料創(chuàng)建參數(shù)

南極熊導(dǎo)讀：大多數(shù)3D打印機(jī)上都可以找到批量生產(chǎn)的聚合物的材料預(yù)設(shè)。然而，可持續(xù)和回收材料的3D打印參數(shù)需要手動(dòng)調(diào)整。這種反復(fù)試驗(yàn)的過(guò)程可能令人沮喪且耗時(shí)，限制了環(huán)保長(zhǎng)絲材料的采用。

△麻省理工研究人員開(kāi)發(fā)的3D打印機(jī)，可以為未知材料自動(dòng)生成參數(shù)

2024年4月17日，南極熊獲悉，來(lái)自麻省理工學(xué)院比特和原子中心(CBA)、美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所(NIST)和希臘國(guó)家科學(xué)研究中心(Demokritos)的專家正在努力改變這一現(xiàn)狀。該團(tuán)隊(duì)研發(fā)了一款新型FDM 3D打印機(jī)，該打印機(jī)能夠根據(jù)用戶所需的輸出，自行確定最佳的打印參數(shù)，從而減少了用戶需要手動(dòng)調(diào)整參數(shù)的工作量。

△該研究的論文題目為“在熔絲沉積成型過(guò)程中，通過(guò)在線測(cè)量來(lái)發(fā)現(xiàn)參數(shù)”（傳送門(mén)）

根據(jù)該團(tuán)隊(duì)的研究論文，這種新的方法可以增加可持續(xù)材料的使用，從而減少對(duì)難以回收的化石燃料聚合物的依賴，有利于環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展。

該研究的作者Neil Gershenfeld解釋說(shuō)：“在這篇論文中，我們展示了一種方法，可以采用所有這些有趣的材料，這些材料以生物為基礎(chǔ)，由各種可持續(xù)來(lái)源制成，并表明打印機(jī)可以自己找出如何打印這些材料。我們的目標(biāo)是讓3D打印更加可持續(xù)?！?br />

△研究人員改造了帶有附加傳感器的擠出機(jī)

自動(dòng)生成材料參數(shù)

使用可再生和回收材料進(jìn)行3D打印是一項(xiàng)具有挑戰(zhàn)性的工作。由于材料特性的不同，沒(méi)有兩種材料是相同的。例如，生物基聚合物可以根據(jù)季節(jié)的不同采用不同的植物混合物，這就給確定使用何種3D打印參數(shù)帶來(lái)了問(wèn)題。

研究人員的新方法通過(guò)自動(dòng)識(shí)別先前未知材料的最佳參數(shù)，克服了這些難題。為此，研究小組采用了麻省理工學(xué)院實(shí)驗(yàn)室的一臺(tái)3D打印機(jī)，并在擠出機(jī)上添加了三個(gè)傳感器。稱重傳感器用于測(cè)量施加在長(zhǎng)絲上的壓力，而進(jìn)給速率傳感器則跟蹤長(zhǎng)絲厚度和材料推入3D打印機(jī)熱端的速率。

針對(duì)每種材料進(jìn)行了20分鐘的測(cè)試，旨在記錄不同流速下的多個(gè)溫度和壓力讀數(shù)。

在測(cè)試過(guò)程中，研究小組將3D打印機(jī)的噴嘴溫度設(shè)置為290℃，這是其可能達(dá)到的最高溫度。材料以固定的速度擠出。然后關(guān)閉加熱器，繼續(xù)將長(zhǎng)絲推入熱端。

△研究團(tuán)隊(duì)對(duì)這種自動(dòng)選擇打印參數(shù)的方法的評(píng)估中，通過(guò)將測(cè)試打印機(jī)的熱端配置與儀表化擠出機(jī)的熱端配置相匹配，并通過(guò)現(xiàn)成的切片器運(yùn)行提取的參數(shù)，在測(cè)試打印上部署功能擬合和測(cè)試數(shù)據(jù)

研究小組將他們收集到的數(shù)據(jù)輸入到一個(gè)特定的數(shù)學(xué)函數(shù)中，這個(gè)函數(shù)會(huì)根據(jù)輸入的數(shù)據(jù)自動(dòng)生成最適合的參數(shù)。這些參數(shù)隨后被輸入到3D打印切片軟件中，以便對(duì)材料進(jìn)行最佳效果的3D打印。

該團(tuán)隊(duì)試驗(yàn)了六種不同的材料，其中許多是生物基材料。他們的方法能自動(dòng)生成參數(shù)，從而成功制造出復(fù)雜的物體。

圣地亞哥大學(xué)行政與經(jīng)濟(jì)學(xué)院副教授Alysia Garmulewicz解釋道：“這種方法為使用這些復(fù)雜材料進(jìn)行3D打印提供了一種新的途徑，克服了這些材料的不確定性和變化性，從而打開(kāi)了新的發(fā)展空間?！?br />
展望未來(lái)，麻省理工學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)計(jì)劃將其流程直接連接到3D打印軟件，從而無(wú)需手動(dòng)輸入?yún)?shù)。