羅格斯大學(xué)開(kāi)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(xiàng)的研究中，開(kāi)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(gè)機(jī)架和一系列小噴嘴，而不是 FDM 中傳統(tǒng)使用的單個(gè)大噴嘴。

材料擠出式增材制造(MatEx) 的短構(gòu)建時(shí)間是工業(yè)規(guī)模大零件和大批量經(jīng)濟(jì)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(fèi)為代價(jià)來(lái)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(gè)打印頭同時(shí)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(jī)器設(shè)計(jì)復(fù)雜的影響。

來(lái)自羅格斯大學(xué)的研究人員通過(guò)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(lái) 3D 打印大型和復(fù)雜的零件。此外，該方法的亮點(diǎn)之處在于不僅可以顯著減少打印時(shí)間，還可以增加打印分辨率和零件尺寸。

這項(xiàng)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(kuò)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(shuō)，MF3 技術(shù)通過(guò)與多臺(tái)FFF 擠出機(jī)同時(shí)打印而無(wú)需單獨(dú)控制每臺(tái)擠出機(jī)的運(yùn)動(dòng)來(lái)工作。這是通過(guò)“使用一種新的刀具路徑策略來(lái)實(shí)現(xiàn)的，這種策略植根于我們對(duì)連續(xù)長(zhǎng)絲收縮和推進(jìn)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(lái)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(kāi)發(fā)了自己的切片器軟件，以優(yōu)化龍門臂的運(yùn)動(dòng)，這種打印策略源于研究人員在連續(xù)長(zhǎng)絲收縮和推進(jìn)方面取得的突破。此外，該軟件能夠檢測(cè)在打印時(shí)應(yīng)打開(kāi)或關(guān)閉哪些噴嘴以實(shí)現(xiàn)最高效率，這使得操作員可以在同一臺(tái)機(jī)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(gè)較小的不同零件或兩者的混合物，而不受最先進(jìn)的并行化方法的限制。這種工藝還具有第二個(gè)潛在的好處，即減少打印機(jī)停機(jī)時(shí)間。當(dāng)噴嘴堵塞或不工作時(shí)，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(gè)噴嘴的打印機(jī)中，操作者只能選擇關(guān)閉機(jī)器。

此外，這些進(jìn)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(jī)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(jī)的功能選擇上苦苦掙扎，因?yàn)檩^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(guò)程較慢。通過(guò)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(shí)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(guò)這個(gè)問(wèn)題，打破了吞吐量-分辨率的權(quán)衡，而無(wú)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(lái)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(jìn)行更多測(cè)試來(lái)了解我們可以制造的零件的強(qiáng)度和幾何潛力，但只要這些元素存在，我們相信這可能會(huì)改變行業(yè)的游戲規(guī)則�！�