Szinte bármit kinyomtat az aggyal rendelkező 3D nyomtató

A multimateriális 3D nyomtatórendszerek több ezer fúvókát használnak a gyanta apró cseppjeinek lerakására, amelyeket egy kaparóval vagy hengerrel simítanak el, és UV-fénnyel kikeményítenek. A simítási folyamat azonban összenyomhatja vagy elkenheti a lassan keményedő gyantákat, ami korlátozza a felhasználható anyagtípusokat.

Az MIT, az Inkbit és az ETH Zürich kutatói egy új 3D-s tintasugaras nyomtatási rendszert fejlesztettek ki, amely az anyagok sokkal szélesebb választékával is működik. Nyomtatójuk gépi látást használ a 3D nyomtatási felület automatikus letapogatására. Valós időben beállítja az egyes fúvókák által lerakott gyanta mennyiségét, hogy egyetlen területre se kerüljön túl sok vagy túl kevés anyag.

Mivel nincs szükség mechanikus alkatrészekre a gyanta elsimításához, ez az érintkezés nélküli rendszer olyan anyagokkal is működik, amelyek lassabban keményednek, mint a 3D nyomtatásban hagyományosan használt akrilátok. Néhány lassabban keményedő anyagkémia az akrilátokhoz képest jobb teljesítményt nyújt, például nagyobb rugalmasságot, tartósságot vagy hosszabb élettartamot.

Sokkal gyorsabb

Továbbá az automata rendszer a nyomtatási folyamat leállítása vagy lassítása nélkül végez beállításokat, így egy ilyen nyomtató körülbelül 660-szor gyorsabb, mint egy hasonló 3D tintasugaras nyomtatórendszer. A kutatók ezt a nyomtatót olyan összetett, robotikus eszközök létrehozására használták, amelyek lágy és merev anyagokat kombinálnak.

„A legfontosabb felismerésünk az volt, hogy gépi látást és egy teljesen aktív visszacsatolási hurkot fejlesztettünk ki. Ez majdnem olyan, mintha egy nyomtatót felruháznánk egy szemmel és egy aggyal, ahol a szemek figyelik, hogy mit nyomtatnak, majd a gép agya irányítja, hogy mit kell nyomtatni” - mondja Wojciech Matusik, az MIT villamosmérnöki és informatikai professzora, aki az MIT Számítógép-tudományi és Mesterséges Intelligencia Laboratóriumán (CSAIL) belül a Számítógépes Tervezés és Gyártás Csoportot vezeti.

Lézeres térképalkotás

Ez a tanulmány a MultiFab nevű, alacsony költségű, több anyagból készült 3D nyomtatóra épül, amelyet a kutatók 2015-ben mutattak be. A MultiFab több ezer fúvókát használva az UV-keményített gyanta apró cseppjeinek lerakására, lehetővé tette a nagy felbontású 3D-nyomtatást akár tíz anyaggal egyszerre.

Kifejlesztettek egy látásvezérelt sugárzásnak nevezett technikát, amely négy nagy képkockasebességű kamerát és két lézert használ, amelyek gyorsan és folyamatosan pásztázzák a nyomtatási felületet. A kamerák képeket rögzítenek, miközben a fúvókák ezrei apró gyantacseppeket juttatnak a felületre.

A számítógépes látórendszer a képet nagy felbontású mélységtérképpé alakítja át, amely kevesebb mint egy másodpercet vesz igénybe. A rendszer összehasonlítja a mélységtérképet a gyártandó alkatrész CAD modelljével, és beállítja a felhordott gyanta mennyiségét, hogy a tárgy a végső szerkezethez igazodjon. Az automatizált rendszer bármelyik fúvókán elvégezheti a beállításokat. Mivel a nyomtató 16 ezer fúvókával rendelkezik, a rendszer képes a gyártandó eszköz finom részleteinek ellenőrzésére.

„Geometriai szempontból szinte bármit ki tud nyomtatni, amit csak akarunk, több anyagból. Szinte semmilyen korlátozás nincs a tekintetben, hogy mit küldhetünk a nyomtatóra, és amit kapunk, az valóban működőképes és tartós” - mondja Robert Katzschmann, aki a Soft Robotics Laboratory-t vezeti az ETH Zürichben és részt vett a fejlesztésben.

Anyaghasználat

A rendszer által biztosított ellenőrzési szint lehetővé teszi, hogy a hordozóanyagként használt viasszal üregeket vagy bonyolult csatornahálózatokat hozzanak létre egy tárgy belsejében. A viasz az eszköz gyártása során a szerkezet alá kerül nyomtatásra. Miután elkészült, a tárgyat felmelegítik, hogy a viasz megolvadjon és kifolyjon, így a tárgyban nyitott csatornák maradnak.

Mivel a rendszer képes automatikusan és gyorsan, valós időben beállítani az egyes fúvókák által lerakott anyag mennyiségét, így nem igényel mechanikus alkatrészt, hogy azt vízszintesen tartsa. Ez lehetővé teszi, hogy a nyomtató olyan anyagokat használjon, amelyek fokozatosabban keményednek, és amelyeket egy kaparó elkenne.

Kiemelkedő alapanyagok

A kutatók a rendszerrel tiol-alapú anyagokat nyomtattak, amelyek lassabban keményednek, mint a 3D nyomtatásban használt hagyományos akril anyagok. A tiol-alapú anyagok rugalmasabbak, és nem törnek olyan könnyen, mint az akrilátok. Emellett szélesebb hőmérsékleti tartományban is stabilabbak, és nem bomlanak le olyan gyorsan, ha napfény éri őket.

„Ezek nagyon fontos tulajdonságok, ha olyan robotokat vagy rendszereket szeretnénk gyártani, amelyeknek kölcsönhatásba kell lépniük a valós környezettel” - mondja Katzschmann.

A kutatók most azt vizsgálják, hogy a rendszer segítségével a szövetszerkesztési alkalmazásokban használt hidrogélekkel, valamint szilícium anyagokkal, epoxikkal és különleges típusú tartós polimerekkel is nyomtathatnak-e – írja a MIT News.