麻省理工開發(fā)了一種新型FDM 3D打印機，可以自動為未知材料創(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)需要手動調(diào)整。這種反復(fù)試驗的過程可能令人沮喪且耗時，限制了環(huán)保長絲材料的采用。

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

2024年4月17日，南極熊獲悉，來自麻省理工學(xué)院比特和原子中心(CBA)、美國國家標準與技術(shù)研究所(NIST)和希臘國家科學(xué)研究中心(Demokritos)的專家正在努力改變這一現(xiàn)狀。該團隊研發(fā)了一款新型FDM 3D打印機，該打印機能夠根據(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“在熔絲沉積成型過程中，通過在線測量來發(fā)現(xiàn)參數(shù)”（傳送門）

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

該研究的作者Neil Gershenfeld解釋說：“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)來源制成，并表明打印機可以自己找出如何打印這些材料。我們的目標是讓3D打印更加可持續(xù)�！�

△研究人員改造了帶有附加傳感器的擠出機

自動生成材料參數(shù)

使用可再生和回收材料進行3D打印是一項具有挑戰(zhàn)性的工作。由于材料特性的不同，沒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)帶來了問題。

研究人員的新方法通過自動識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)院實驗室的一臺3D打印機，并在擠出機上添加了三個傳感器。稱重傳感器用于測量施加在長絲上的壓力，而進給速率傳感器則跟蹤長絲厚度和材料推入3D打印機熱端的速率。

針對每種材料進行了20分鐘的測試，旨在記錄不同流速下的多個溫度和壓力讀數(shù)。

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

△研究團隊對這種自動選擇打印參數(shù)的方法的評估中，通過將測試打印機的熱端配置與儀表化擠出機的熱端配置相匹配，并通過現(xiàn)成的切片器運行提取的參數(shù)，在測試打印上部署功能擬合和測試數(shù)據(jù)

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

該團隊試驗了六種不同的材料，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，從而打開了新的發(fā)展空間�！�

展望未來，麻省理工學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)的團隊計劃將其流程直接連接到3D打印軟件，從而無需手動輸入?yún)��?shù)。