3D-utskrift revolutionerar produktdesign och tillverkning inom många områden: från skräddarsydda delar för konsumentprodukter till 3D-printade dentala produkter och livräddande ben- och medicinska implantat. Processen skapar dock också mycket dyrt och ohållbart avfall och tar lång tid, vilket gör det svårt att implementera 3D-utskrift i stor skala.
Varje gång en 3D-skrivare producerar ett anpassat objekt, särskilt ett med en speciell form, kräver den också utskriftsstöd, en skrivarhållare som hjälper till att upprätthålla integriteten hos dess form genom att balansera objektet när skrivaren skapar det lager för lager. stöd måste tas bort manuellt efter utskrift, vilket måste göras för hand och kan leda till felaktig form eller ytjämnhet. Materialen som används för att tillverka ställningarna kan ofta inte återanvändas, så de slängs, vilket leder till en växande 3D-utskrift avfallsproblem.
En ny dynamisk kontrollbas för 3D-utskrift (vänster) kommer att minska behovet av utskriftsstöd (mitten), vilket minskar slöseri och sparar tid.
För första gången har forskare vid Daniel J. Epstein Department of Industrial and Systems Engineering vid University of Southern California i Viterbi skapat en billig, återanvändbar supportmetod för att minska dessa slösaktiga stöd för 3D-skrivare, vilket avsevärt förbättrar kostnaden. effektivitet och hållbarhet för 3D-utskrift.
Forskningen, ledd av Yong Chen, professor i industri- och systemteknik, och Yang Xu, doktorand, har publicerats i Additive Manufacturing.
Traditionell 3D-utskrift använder smältdepositionsmodelleringsteknik (FDM) för att skriva ut lager direkt på statiska metallytor. Istället för utskriftskonsoler använder den nya prototypen en programmerbar, dynamiskt kontrollerad yta gjord av rörliga metallnålar. När skrivaren bygger produkten steg för steg , stiften stiger. Chen sa att tester av den nya prototypen visade att den kunde spara cirka 35 procent av utskriftsmaterialet.
Jag arbetar med biomedicinska läkare som använder biomaterial för 3D-utskrift för att bygga vävnader eller organ, sa Chen, och många av materialen de använder är mycket dyra - vi pratar om små flaskor som kostar $500 till $1 000 per flaska.
För en vanlig FDM-skrivare är materialkostnaden cirka 50 USD per kilogram, men för bio-utskrift är det mer som 50 USD per gram. Så om vi kan spara 30 procent på materialet som används för att skriva ut dessa stödmaterial, är det en enorm kostnadsbesparing för 3D-utskrift för biomedicinska ändamål.
Förutom miljö- och kostnadspåverkan av materialavfall är den traditionella 3D-utskriftsprocessen med byggnadsställningar också tidskrävande, sa Chen.
När du 3D-skriver ut komplexa former bygger hälften av tiden de delar du behöver och den andra hälften bygger stödet. I det här systemet behöver vi inte bygga stöd. Som ett resultat sparade vi cirka 40 procent i villkor för trycktid.
Liknande prototyper som utvecklats tidigare förlitade sig på en enda motor för att stödja varje mekanisk fäste, vilket resulterade i hög energiförbrukning och en mycket dyrare produkt, vilket gör det oekonomiskt för 3D-skrivare, sa Chen.
Så, om du har 100 rörliga stift som kostar cirka 10 USD per motor, är det hela 1 000 USD, plus 25 kontrollpaneler för att styra 100 olika motorer. Det hela kommer att kosta mer än 10 000 USD.
Teamets nya prototyp använder en enda motor för att driva varje stöd för att flytta plattformen. Plattformen höjer flera uppsättningar av metallstift samtidigt, vilket är en kostnadseffektiv lösning. Enligt produktdesignen talar programmets programvara för användarna att de måste lägg till en serie metallrör till botten av plattformen. Placeringen av dessa rör avgör vilka stift som kommer att höjas till den angivna höjden för att på bästa sätt stödja den 3D-utskrivna produkten och samtidigt generera minsta förlust av utskriftsstöd. denna process kan stiften enkelt tas bort utan att skada produkten.
Chen sa att systemet också lätt kan anpassas till masstillverkning, såsom fordons-, flyg- och yachtindustrin.
FDM-skrivare tillverkas redan för stora bil- och skeppskroppar och konsumentvaror som möbler. Som du kan föreställa dig tar de väldigt lång tid att bygga, vi pratar hela dagen. Så om du kan halvera det, produktionstiden kan gå ner till en halv dag. Det finns många fördelar med denna 3D-utskrift med vår metod.
Teamet ansökte också nyligen om ett patent för den nya tekniken, sa Chen. Studien var medförfattare av Ziqi Wang, en gäststudent vid EPFL School of Computer and Communication Sciences i Schweiz, och Siyu Gong, från Viterbi.
Den ursprungliga länken: https://www.xianjichina.com/special/detail_479424.html
Källa: Xianji
Posttid: 2021-08-08