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

2025年1月31日，南極熊獲悉，約翰霍普金斯大學在3D打印技術的不斷發(fā)展中再次取得了新的進展。研究人員Jochen Mueller和Sarah Propst領導的團隊開發(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編程語言分離來增強3D打印功能的創(chuàng)新方法。

△T-Code將標準G代碼命令分為兩個協調軌道：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) 是現代增材制造的核心，它以多功能性和創(chuàng)建復雜多功能結構的能力而聞名。然而，這種方法的有效性受到G代碼 (G-Code) 的嚴格框架的阻礙（它是大多數3D打印機使用的語言）。G代碼的逐行執(zhí)行可能會無意中導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代碼打印的晶格結構顯示打印缺陷有所減少（相關研究傳送門）

研究人員希望借助新語言來消除這些干擾。T代碼的創(chuàng)新架構使得3D打印機能夠同步執(zhí)行復雜的運動和功能，例如實現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腳本實現，顯著減少了傳統打印過程中因頻繁暫停而產生的速度減慢和缺陷。

另外，T代碼不僅節(jié)省了時間，還擴展了可生產組件的范圍。約翰霍普金斯大學的研究人員在生物醫(yī)學、光學、機械工程和電子領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。這項功能使得設計師能夠在單次打印過程中優(yōu)化機械性能，如剛度、強度或能量吸收，而無需多次運行或復雜的后處理。通過允許精確地按時間而非空間進行更改，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將打印機的運動與補充功能同步，例如材料切換

T代碼提升并行化生產與材料多功能性

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

另外，T代碼的設計與硬件無關，這使得它能夠輕松集成到現有的3D打印機中，只需進行少量調整。通過保持核心運動規(guī)劃不變，并僅添加Python腳本作為輔助命令，新代碼能夠適應各種材料，從消費級打印機中的熱塑性塑料到高端工業(yè)設備中的專用油墨。該團隊認為，這種靈活性將降低研究人員和制造商的門檻，促進更廣泛的采用，并推動多功能3D打印技術的進一步創(chuàng)新。