MIT開發出比商用3D印表機快10倍的桌面3D印表機

雖然3D列印可以加快生產時間，並使得從零開始創建產品和組件變得更加容易，但麻省理工學院的工程師正在向前邁進一步。該團隊已經開發出一種新的桌面3D印表機，其性能比現有商用印表機快10倍。

大多數常見的桌面3D印表機能夠在一個小時內列印幾厘米大小的模塊。不過，新設計可以在幾分鐘內列印出類似大小的模塊。

該小組在緊湊的列印頭中結合了兩種新的速度增強組件：一種通過噴嘴以高力供給聚合物材料的螺旋機構；列印頭內置的激光器，可以快速加熱和熔化材料，使其能夠更快地流過噴嘴。

為了展示機器的功能，團隊在幾分鐘內列印出各種詳細的手持3D對象。據麻省理工學院機械工程副教授Anastasios John Hart介紹，這台新機器所展示的能力將3D列印的界限推向了更為可行的生產技術。

「如果我可以在5到10分鐘內而不是一個小時內獲得原型零件，也許是一個支架或一個齒輪，我可以更快地設計、構建和測試，」麻省理工學院製造與生產力實驗室和機械合成小組主任Hart說道。Hart和Hart實驗室前研究員Jamison Go於15日在「增材製造」雜誌上發表了他們的研究成果。

在之前的一篇論文中，二人發現了使用「熔絲製造」限制最常見台式3D印表機速度的根本原因。商用台式擠出3D印表機平均列印速度約為20立方厘米，這是非常緩慢的結構。

研究小組確定了限制印表機速度的三個因素：印表機移動列印頭的速度有多快，列印頭可以施加多大的力量以將材料推過噴嘴，以及列印頭能夠多快地傳熱以熔化材料並使其流動。

Hart說：「然後，根據我們對於這三個變數的限制的理解，我們提出了我們如何設計一台新的印表機，從而改善三個系統的兼容性。現在我們已經建好了，而且工作得很好。」

用在列印頭內轉動的螺絲機構替換它。研究人員將一根帶紋理的塑料長絲送入螺桿，當螺桿轉動時，它將抓住長絲的紋理表面，並能夠以更高的力和速度將長絲送入噴嘴。

線材上的紋理提供了更大的接觸面積，可以提供更高的驅動力。

該團隊在螺桿機構的下方增加了一個激光器，在通過噴嘴之前加熱和熔化線材，熔化得更快更均勻。

Hart和Go發現，通過調整激光器的功率並快速開關，可以控制傳遞給塑料的熱量。他們將激光和螺旋機制集成到一個緊湊的、定製的列印頭中，大小與計算機滑鼠相當。

最後，他們設計了一個高速龍門機構，一個由兩個電機驅動的H形框架，連接到一個保持列印頭的運動平台。龍門架的設計和編程靈活地在多個位置和平面之間移動。

研究人員在加速這個過程時遇到了一些挑戰，特別是在物體層的溫度上。擠出的塑料以如此高的驅動力和溫度通過噴嘴供給，使得在印表機擠出第二層時，列印層仍然可以稍微熔化。

Hart說：「所以我們必須在列印過程中確保部件快速冷卻，以保持部件的形狀，避免變形或軟化。」

該團隊正在應對這一挑戰，並探索優化列印頭的方法。

「我們有興趣將這種技術應用於更高級的材料，如高強度聚合物、複合材料。我們也在進行更大規模的3D列印，不僅僅是列印桌面級的物體，還有更大的工具結構。」Hart說，「快速列印的能力打開了許多令人興奮的機會的大門。」

據悉，這項研究得到了洛克希德·馬丁公司的資助。

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