MIT: С новой технологией 3D-печати — выше скорость изготовления и меньше отходов

Если использовать 3D-принтер специальным образом, похожим на то, как используют утюг, проглаживая ткани, то можно контролировать цвет, оттенок и текстуру объектов. Для этого используется только один расходный материал — в этом и фишка.

Обычная мультиматериальная 3D-печать позволяет создавать различные изделия разных цветов и текстур. Но этот процесс долгий и расточительный: существующим 3D-принтерам приходится переключаться между соплами и выбрасывать один материал перед нанесением другого.

Учёные из Массачусетского технологического института и Делфтского технологического университета (ТУ Делфта) предложили более эффективный способ печати. Он задействует термореагирующие материалы и позволяет наносить несколько цветов, оттенков и текстур за один шаг.

Метод «глажка с регулируемой скоростью» используется в 3D-принтере с двумя соплами. Первое сопло подаёт термореактивную нить, а второе активирует определённые реакции в напечатанном материале с помощью тепла.

Контролируя скорость второго сопла, можно нагревать материал до определённых температур и настраивать цвет, оттенок и шероховатость нитей. Важно, что этот метод не требует аппаратных модификаций.

Исследователи разработали модель, которая предсказывает количество передаваемого материалу тепла в зависимости от скорости «гладильной» насадки. На основе этой модели создали пользовательский интерфейс, автоматически генерирующий инструкции для печати с нужными цветом, оттенком и текстурой.

С помощью глажения с регулировкой скорости можно создавать художественные эффекты, меняя цвет на напечатанном объекте. А еще, например, эта техника также позволяет делать текстурированные ручки, за которые легче ухватиться людям со слабыми руками.

Мустафа Дога Доган PhD '24, соавтор статьи о глажке с модулируемой скоростью, говорит, что его группа задалась целью использовать ограниченный набор материалов для создания разнообразных характеристик 3D-печатных объектов.

Этот проект — совместная работа исследовательских групп под руководством Жени Доубровски, доцента ТУ Делфта, и Стефани Мюллер, профессора по развитию карьеры TIBCO Массачусетского технологического института.

В проекте также принимали участие:

  • Мехмет Оздемир из ТУ Делфта;
  • Марва Аль-Алави, аспирантка машиностроительного факультета Массачусетского технологического института;
  • Хосе Мартинес Кастро из ТУ Делфта.

Исследование будет представлено на симпозиуме ACM по программному обеспечению и технологиям пользовательского интерфейса.

Модуляция скорости для контроля температуры

Исследователи работают над проектом, цель которого — изучить лучшие методы 3D-печати с использованием одного материала.

Один из многообещающих способов — применение термореактивных нитей. Существующие методы печати и нагрева используют одно сопло, которое нужно предварительно нагреть до нужной температуры. Но этот процесс занимает много времени, а при высоких температурах филамент в сопле может разрушиться.

Чтобы избежать проблем, команда разработала технологию глажки. Материал печатается одним соплом, а затем активируется вторым, пустым, которое его подогревает. Исследователи поддерживают постоянную температуру второго сопла и меняют скорость, с которой оно перемещается по материалу, слегка касаясь слоя.

Это похоже на то, как вы проводите пальцем по пламени. Если вы двигаете его быстро, вы не обожжётесь, но если медленно — получите ожог, — говорит Аль-Алави.

Учёные из Массачусетского технологического института и ТУ Делфт разработали теоретическую модель, которая предсказывает скорость движения второго сопла для нагрева материала до определённой температуры.

Модель учитывает теплореагирующие свойства материала и позволяет определить скорость сопла, необходимую для получения нужных цветов, оттенков или текстур в напечатанном объекте.

По словам Аль-Алави, на результаты влияет множество исходных данных, поэтому учёные хотят быть уверены в точности модели.

Команда изучила научную литературу, чтобы определить коэффициенты теплопередачи для уникальных материалов, используемых в модели. Также они учитывали переменные, такие как тепло от вентиляторов и температура воздуха в помещении.

Модель встроили в удобный интерфейс, который упрощает процесс: переводит пиксели 3D-модели в инструкции для печати и глажения объекта с помощью двойных сопел.

Более быстрое и тонкое изготовление

Исследователи протестировали свой подход с тремя термореактивными нитями.

Первый тип нити — вспенивающийся полимер с частицами, которые расширяются при нагревании. С его помощью можно получить различные оттенки, полупрозрачность и требуемую текстуру.

Также экспериментировали с нитью, наполненной древесными волокнами, и нитью с пробковыми волокнами. Их можно обугливать для получения более тёмных оттенков.

С помощью этого метода можно создавать частично прозрачные предметы, например бутылки для воды. Для изготовления бутылок использовали низкую и высокую скорость глажения полимера, чтобы создать непрозрачные и полупрозрачные участки соответственно.

Ещё из вспенивающегося полимера сделали велосипедную ручку с различной шероховатостью для улучшения сцепления велосипедиста с дорогой.

Традиционная 3D-печать занимала больше времени, требовала больше энергии и материалов.

Глажка с регулируемой скоростью позволяет создавать тонкие градиенты оттенков и текстур. В будущем исследователи хотят провести эксперименты с другими термочувствительными материалами, а также изучить возможность использования глажения для изменения механических и акустических свойств некоторых материалов.

13.10.2024


Подписаться в Telegram



Хайтек

В ТПУ создали многоразовые накопители водорода из отечественного сырья
В ТПУ создали многоразовые накопители водорода из отечественного сырья

Более дешевые металлогидридные накопители водо...

Новый подход к производству цифрового света решает проблемы 3D-печати
Новый подход к производству цифрового света решает проблемы 3D-печати

Новый метод производства цифрового света для&n...

AEM: Гибридный полупроводник позволит лучше понять спинтронику
AEM: Гибридный полупроводник позволит лучше понять спинтронику

Электроны вращаются без электрического за...

Томские ученые представили цифровое решение для оптимизации НПЗ
Томские ученые представили цифровое решение для оптимизации НПЗ

Новый программный комплекс представили ученые ...

В НГУ разработали первые фильтры для технологии связи 6G
В НГУ разработали первые фильтры для технологии связи 6G

Уникальные фильтры для импульсной терагер...

Ученые КФУ выяснили, как дефекты в полупроводниках влияют на свет
Ученые КФУ выяснили, как дефекты в полупроводниках влияют на свет

Физическая модель, которая описывает взаимодей...

Новый метод синтеза лекарств открыли российские химики
Новый метод синтеза лекарств открыли российские химики

Новый метод синтеза производных пирролизидина ...

Advanced Materials: Созданы волокна в одежду для питания смартфона от тепла тела
Advanced Materials: Созданы волокна в одежду для питания смартфона от тепла тела

Термоэлектрический материал, который можно исп...

В Томском университете создали интегральные схемы для российских РЛС
В Томском университете создали интегральные схемы для российских РЛС

Первый российский комплект интегральных схем д...

Поиск на сайте

Знатоки клуба инноваций


ТОП - Новости мира, инновации

Nature: Ученые исследуют строение ядер химических элементов с помощью лазеров
Nature: Ученые исследуют строение ядер химических элементов с помощью лазеров
New Atlas: Башня RainStream сможет спасти город от пожара
New Atlas: Башня RainStream сможет спасти город от пожара
Nature Nanotechnology: Новый материал охлаждает на 72% лучше любых термопаст
Nature Nanotechnology: Новый материал охлаждает на 72% лучше любых термопаст
Health Communication: Как правильно общаться с людьми с диагнозом Альцгеймера
Health Communication: Как правильно общаться с людьми с диагнозом Альцгеймера
Zoolinnean: Ученые открыли новый вид геккона со сросшимися костями
Zoolinnean: Ученые открыли новый вид геккона со сросшимися костями
Phys.org: Космический мусор защитит будущие миссии на Луну и Марс от радиации
Phys.org: Космический мусор защитит будущие миссии на Луну и Марс от радиации
Школьники создали для музея бота-проводника по коммуналкам и книгам Булгакова
Школьники создали для музея бота-проводника по коммуналкам и книгам Булгакова
Current Biology: Ученые придумали, как отпугивать акул от серфингистов
Current Biology: Ученые придумали, как отпугивать акул от серфингистов
Plant Phenomics: Как технологии помогают фермерам сохранить урожай риса
Plant Phenomics: Как технологии помогают фермерам сохранить урожай риса
PeerJ: Выяснилось, как хищники справляются, когда остаются без зубов
PeerJ: Выяснилось, как хищники справляются, когда остаются без зубов
Челябинские ученые сделают коммунальные машины автономными
Челябинские ученые сделают коммунальные машины автономными
Мордовские ученые создали бетон нового поколения
Мордовские ученые создали бетон нового поколения
Исследование Т-клеток в лечении опухолей открывает новую силу иммунотерапии
Исследование Т-клеток в лечении опухолей открывает новую силу иммунотерапии
Current Biology: Анализ ДНК опроверг прежние данные о погибших в Помпеях
Current Biology: Анализ ДНК опроверг прежние данные о погибших в Помпеях
В МГУ увеличили эффективность противогрибковых препаратов в 5000 раз
В МГУ увеличили эффективность противогрибковых препаратов в 5000 раз

Новости компаний, релизы

На старт! Внимание! MITEX!
Международные эксперты оценили разработанную для нижегородского завода технологию
Фестиваль научных театров «Наука всем!» прошёл в Санкт-Петербурге
«Неделя без турникетов» проходит на предприятиях «Вертолетов России»
Как человек проживает смерть родных