Nowa technika druku 3D zainspirowana prasowaniem
Nowa technika druku 3D, inspirowana prasowaniem, umożliwia precyzyjną kontrolę koloru, odcienia i tekstury.
Technologia druku 3D z wieloma materiałami pozwala na tworzenie niestandardowych przedmiotów o różnych kolorach i teksturach, jednak proces ten bywa czasochłonny i nieefektywny ze względu na konieczność zmiany dysz i marnowanie materiałów. Naukowcy z MIT i Uniwersytetu Technologicznego w Delft opracowali nową, bardziej wydajną metodę druku 3D, która pozwala na uzyskanie różnorodnych kolorów, odcieni i tekstur w jednym kroku, minimalizując straty materiałowe i zwiększając precyzję.
Metoda nazwana „prasowaniem z modulacją prędkości”, wykorzystuje drukarkę 3D z podwójną dyszą. Pierwsza dysza nakłada filament reagujący na ciepło, a druga przechodzi nad wydrukowanym materiałem, aktywując odpowiednie reakcje, takie jak zmiana nieprzezroczystości lub chropowatości, przy użyciu ciepła. Dzięki kontrolowaniu prędkości ruchu drugiej dyszy, naukowcy mogą precyzyjnie regulować temperaturę materiału, uzyskując pożądany kolor, odcień i fakturę, a to wszystko bez potrzeby modyfikacji sprzętu.
Zastosowanie modulacji prędkości w celu kontroli temperatury
Projekt rozpoczął się od poszukiwania lepszych sposobów na osiągnięcie druku 3D o różnych właściwościach za pomocą jednego materiału. Filamenty reagujące na ciepło wydawały się obiecującym rozwiązaniem, jednak większość dostępnych metod wymaga stosowania jednej dyszy do drukowania i ogrzewania, co jest czasochłonne i naraża materiał na degradację przy wysokich temperaturach. Aby rozwiązać ten problem, zespół opracował technikę prasowania, w której materiał jest najpierw nakładany przez jedną dyszę, a następnie aktywowany przez drugą, pustą dyszę, która jedynie go podgrzewa.
Zamiast regulować temperaturę, aby wywołać odpowiednią reakcję materiału, naukowcy utrzymują stałą temperaturę drugiej dyszy i zmieniają prędkość, z jaką porusza się nad wydrukowanym materiałem, delikatnie go dotykając. Dzięki temu można uzyskać różne temperatury w zależności od prędkości ruchu, co pozwala na precyzyjne sterowanie reakcjami materiału, takimi jak zmiana koloru czy tekstury.
Zespół badaczy opracował również model teoretyczny, który przewiduje, jak szybko druga dysza musi się poruszać, aby osiągnąć określoną temperaturę materiału. Model ten posłużył jako podstawa do stworzenia interfejsu użytkownika, który automatycznie generuje instrukcje drukowania, aby uzyskać określone kolory, odcienie i tekstury. Dzięki temu użytkownicy mogą łatwo kontrolować efekt końcowy, bez konieczności posiadania specjalistycznej wiedzy na temat procesów termicznych.
Szybsze i bardziej precyzyjne tworzenie obiektów
Badacze przetestowali swoje podejście na trzech filamentach reagujących na ciepło. Pierwszy to polimer pieniący się, zawierający cząstki rozszerzające się pod wpływem ciepła, co pozwala uzyskać różne odcienie, przezroczystości i tekstury. Przeprowadzono również eksperymenty z filamentami zawierającymi włókna drewniane i korkowe, które mogą być przypalane, aby uzyskać coraz ciemniejsze odcienie.
Naukowcy zademonstrowali, jak ich metoda może być wykorzystana do tworzenia przedmiotów takich jak półprzezroczyste butelki na wodę. Aby je wyprodukować, prasowali polimer pieniący się z niskimi prędkościami, aby uzyskać nieprzezroczyste obszary, oraz z wyższymi prędkościami, aby stworzyć półprzezroczyste fragmenty. Użyli także tego polimeru do wytworzenia rączki rowerowej o zróżnicowanej chropowatości, co miało na celu poprawę uchwytu dla użytkownika.
Stworzenie podobnych obiektów przy użyciu tradycyjnego druku 3D z wieloma materiałami zajęłoby znacznie więcej czasu, czasem dodając godziny do całego procesu, a także zużywałoby więcej energii i materiałów. Prasowanie z modulacją prędkości pozwala także na uzyskanie delikatnych przejść odcieni i tekstur, co nie jest możliwe przy innych metodach.
Przyszłość technologii prasowania z modulacją prędkości
W przyszłości naukowcy chcą eksperymentować z innymi materiałami reagującymi na ciepło, takimi jak tworzywa sztuczne. Planują także zbadać możliwości wykorzystania tej techniki do modyfikowania właściwości mechanicznych i akustycznych materiałów. Dzięki tej nowatorskiej metodzie możliwe staje się nie tylko kontrolowanie estetyki wydruków 3D, ale także ich funkcjonalności, co otwiera nowe perspektywy dla przemysłu i projektantów.
Prasowanie z modulacją prędkości stanowi przełom w dziedzinie druku 3D, pozwalając na bardziej efektywne wykorzystanie materiałów, skrócenie czasu produkcji oraz uzyskanie bardziej złożonych efektów wizualnych i dotykowych. Dzięki temu możliwe jest tworzenie niestandardowych przedmiotów o unikalnych właściwościach, co może znaleźć zastosowanie zarówno w projektowaniu artystycznym, jak i w produkcji przedmiotów codziennego użytku.
Szymon Ślubowski
