麻省理工学院的工程师们开发了一种新的桌面3d打印机，其运行速度比现有的商用打印机快10倍。最常见的打印机可以在一小时内制造出一些乐高大小的砖块，而新的设计可以在几分钟内打印出类似大小的物体。
该团队灵活设计的关键在于打印机的紧凑打印头，它包含了两个新的、提高速度的组件:一个螺旋机构，通过喷嘴以高强度输送聚合物材料;还有一个激光，内置在打印头中，可以迅速加热和熔化材料，使其通过喷嘴的速度更快。
该团队通过印刷各种详细的，手持式3-D对象，包括小眼镜框架，锥齿轮和麻省理工学院圆顶的微型复制品来展示其新设计 - 从开始完成几分钟内。
MIT机械工程副教授Anastasios John Hart表示，新的打印机展示了3-D打印的可能性，成为一种更加可行的生产技术。
“如果我可以获得原型部分，可能是一个支架或装备，在五到10分钟而不是一个小时，或者在我的午休而不是第二天，我可以更快地进行更大的部分，而不是第二天，我可以更快地测试，“says Hart, who is also director of MIT’s Laboratory for Manufacturing and Productivity and the Mechanosynthesis Group. “If I’m a repair technician and I could have a fast 3-D printer in my vehicle, I could 3-D-print a repair part on-demand after I figure out what’s broken. I don’t have to go to a warehouse and take it out of inventory.”
HART补充说，他设想了“在急诊医学中的应用，以及在远程位置的各种需求。快速的3-D印刷创造有价值的新方法，并实现新的市场机会。“
HART和Jamison Go Sm '15是哈特实验室的前研究生研究员，在期刊上发表了结果添加剂制造。
慢流动
在以前的纸张中，HART并开始识别潜在的原因，限制最常见的桌面三维3-D打印机的速度，该桌面3-D打印机的速度挤出塑料层，层，在工业中称为“熔丝丝制造”。“
“现在，每年都有数以万计的桌面打印机使用这个过程在世界各地销售，”哈特说。“3-D打印的可行性的关键限制之一是您可以打印某些东西的速度。”
HART和GO先前确定了商业桌面挤出3-D平均打印机，平均打印，每小时以约20立方厘米的速度或几个乐高砖的结构。“这真的很慢，”哈特笔记。
The team identified three factors limiting a printer’s speed: how fast a printer can move its printhead, how much force a printhead can apply to a material to push it through the nozzle, and how quickly the printhead can transfer heat to melt a material and make it flow.
“那么，鉴于我们对这三个变量限制的内容的理解，我们询问我们如何设计新的打印机，可以自己在一个系统中改进所有三个，”哈特说。“现在我们建立了它，它很好地工作。”
得到一个抓住
在大多数桌面3-D打印机中，塑料通过喷嘴通过喷嘴进料，其中打印头内的两个小轮旋转并推动塑料，或灯丝向前推动。这与相对缓慢的速度相对较好，但如果应用更多的力量加速过程，则在某种程度上，车轮将失去对材料的抓地力 - “机械缺点”，哈特把它放置，这限制了速度打印头可以推动材料。
哈特并选择使用捏捏的设计，用螺丝机构取代，螺丝机构在打印头内。该团队将纹理塑料灯丝送到螺钉上，随着螺杆转动，它夹在灯丝的纹理表面上，并能够在较高力和速度下通过喷嘴馈送细丝。
“使用这种螺丝机制，我们在丝网上有很多接触区域，丝状纹理，”HART说。“因此，我们可以获得更高的驱动力，容易提高10倍的力量。”
该团队在螺杆机构的下游添加了激光，在通过喷嘴之前加热并熔化灯丝。通过这种方式，与传统的3-D打印机相比，塑料更快且熔化，其使用导通以加热喷嘴的壁以熔化挤出塑料。
哈特并找到，通过调节激光器的功率并快速转动，它们可以控制输送到塑料的热量。它们将激光器和螺钉机构集成到紧凑，定制的打印头上，了一下电脑鼠标的大小。
最后，它们设计了一个高速龙门机构 - 由两个电动机提供动力的H形框架，连接到保持打印头的运动级。龙门石被设计和编程，以便在多个位置和平面之间采用光纤移动。通过这种方式，整个打印头能够快速移动以跟上挤出塑料的更快的饲料。
“我们设计了打印头具有高力，高加热容量，以及打印机快速移动的能力，比现有台式打印机更快，”Hart说。“所有三个因素使打印机能够比我们基准的商业打印机快10倍。”
三维视图
研究人员用他们的新打印机打印了几个复杂的部件，每个部件都在5到10分钟内完成，而传统打印机需要1小时。然而，他们在更快的设计中遇到了一个小问题:挤出的塑料在如此高的压力和温度下通过喷嘴，以至于当打印机挤出第二层塑料时，打印层仍然会轻微熔融。
“我们发现，当你涂完一层后再去涂下一层时，前一层还是有点太热了。因此，我们必须在打印时积极冷却零件，以保持零件的形状，这样它就不会变形或变软，”哈特说。
这是研究人员目前正在接受的设计挑战，与该数学相结合，可以优化打印头的路径。他们还将探索通过打印机馈送的新材料。
“我们有兴趣将这种技术应用于更先进的材料，如高强度聚合物，复合材料。我们还在研究大规模的3-D打印，而不仅仅是打印桌面尺度对象，而是更大的工具，甚至家具的结构更大，“哈特说。“打印快速的能力打开了许多令人兴奋的机会的门。”
该研究得到了洛克希德马丁公司的支持。
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