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新时代?哈佛研发出新3D打印技术

2019 年 11 月 26 日

哈佛大学怀斯生物启发工程学院和约翰·保尔森工程与应用科学学院(SEAS)共同开发了一种称为多材料多喷嘴3-D(MM3D)打印的新技术,该技术使用高速压力阀来实现快速,连续,以及多达八种不同打印材料之间的无缝切换,使用从单个喷嘴到大型多喷嘴阵列的打印头,大大小于现有3D打印创建复杂的形状所需的时间。这些3-D打印头本身是使用3-D打印制造的,因此可以快速定制。每个喷嘴每秒可以切换材料的速度高达50次,比眼睛能看到的速度还要快。

怀斯研究所研究员Mark Skylar-Scott博士说:“当使用传统的基于挤压的3-D打印机打印对象时,打印对象所需的时间与对象的长度成正比,因为打印喷嘴必须沿三个维度移动,而不仅仅是一个维度。MM3D将多喷嘴阵列与能够在多种墨水之间快速切换的功能有效地消除了切换打印头所浪费的时间,并有助于将缩放定律从立方减小到线性,因此您可以更快地打印多材料的周期性3D对象。 ”

MM3D打印快速切换墨水的关键是打印头内的一系列Y形连接,里面多个墨水通道在一个输出喷嘴处汇合在一起。喷嘴的形状,打印压力和墨水粘度都经过精确计算和调整,因此,当压力施加到连接点的一个“机械臂”上时,流过这只机械臂的墨水不会使另一只机械臂上的静态墨水倒流,这可以防止墨水混合并保持打印对象的质量。通过使用一组快速气动阀操作打印头,这种单向流动特性可以快速组装从每个喷嘴连续流出的多材料细丝,构造出3-D多材料零件。

约翰·保尔森工程与应用科学学院Jochen Mueller博士说:“人们还可以轻松地将具有不同特性的材料集成在一起,以创建像折纸一样的架构或同时包含刚性和柔性元素的软机器人。”

为了证明他们的技术,研究人员打印了三浦折纸结构,该结构由刚性的“面板”部分与高度柔性的“铰链”部分连接而成。以前构建这种结构的方法需要手动将它们组装在一起,形成堆叠的层-MM3D打印头能够通过使用八个喷嘴连续挤出两种交替的环氧树脂墨水,一步一步地打印整个对象,这些墨水的刚度相差四个数量级。铰链在失败之前经受了1000多个折叠循环,这表明打印过程中刚性和柔性材料之间实现了高质量的转换。

MM3D打印还可用于创建更复杂的对象,包括致动机器人。该研究小组设计并打印了一种由刚性和软弹性体组成的柔软机器人,形状类似于千足虫,其中包括嵌入式气动通道,这些通道使柔软的“肌肉”被真空依次压缩,从而使机器人“行走”。该机器人能够以每秒近半英寸的速度移动,同时承载的重量是其自身重量的八倍,并且可以与其他机器人连接以承载更重的负载。

 

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