Профессора Джемисон Гоу и Джон Харт с кафедры механосинтеза Массачусетского технологического института разработали новое аппаратное обеспечение, которое позволяет значительно ускорить FFF метод 3d-печати.
Настольные 3d-принтеры отлично подходят для создания высококачественных и сложных деталей, но их главным недостатком является скорость. Существует несколько факторов, ограничивающих скорость 3d-печати FDM / FFF методами, основные четыре: сила, с которой нить проталкивается через сопло; как быстро может быть расплавлен филамент; скорость печатающей головки при перемещении по области сборки; скорость затвердевания материала после вытягивания (должен поддерживать следующий слой).
Как и большинство других разработчиков, проблему затвердевания они решили обдувом изделия воздухом. Остальные проблемы потребовали более креативные методы решения.
Проталкивание нити обычно осуществляется путём запуска её между приводным механизмом и натяжным устройством. Зубчатое колесо зацепляет нить и продвигает её вниз при вращении приводного механизма. Если натяжение нити слишком велико, то пластик начинает накапливаться на приводном устройстве, и оно, в итоге, теряет контроль. Слишком слабое натяжение приводит к проскальзыванию и разрывам при экструзии. Гоу и Харт решили пропустить нить через резьбовую гайку; когда гайка поворачивается мотором (через ремень), филамент опускается. Противоскручивающие ролики предотвращают скручивание нити при вращении гайки. Такой метод экструзии оказался не только быстрее, но и гораздо точнее привычного.
Проблема недостаточно быстрого нагревания нити до температуры плавления была решена с помощью лазеров. Сначала филамент проходит через кварцевую камеру, покрытую золотыми отражателями. В ней лазерный луч, многократно отражаясь от стенок, предварительно нагревает нить, прежде чем она попадет в традиционный нагревательный блок.
Наконец, Гоу и Харт разработали параллельную портальную систему с сервоприводом, быстро и точно перемещающую печатающую головку с небольшим люфтом, который проявляется в большинстве настольных 3d-принтеров при слишком быстрой печати. Здесь скорость достигается в основном за счёт использования сверхмощной рамы и мощных двигателей, а не нового решения.
Новый принтер обогнал конкурентов в скоростных тестах, включая коммерческий 3d-принтер стоимостью 100 000 долларов. 3d-принтер, созданный исследовательской группой, стоит $ 15 000, так что вряд ли он появится на рынке в ближайшее время. Новый метод экструзии работает в 7-10 раз быстрее, производя до 127 кубических сантиметров в час. Качество изделий, вероятно, может быть улучшено путем настройки параметров отвода и контура, но оно всё же очень хорошее, учитывая скорость печати.
