Technologia druku 3D szybko się rozwija, wprowadzając nowe innowacje, które znacząco zmieniają sposób produkcji skomplikowanych i dostosowanych obiektów. Jedną z najnowszych i najbardziej interesujących metod opracowanych przez badaczy z MIT i Uniwersytetu w Delfcie jest technika zwana "prasowaniem modulowanym prędkością", która umożliwia tworzenie wielokolorowych i teksturowanych przedmiotów przy minimalnych stratach. Ta metoda wykorzystuje podwójny dysze do precyzyjnego kontrolowania ogrzewanych materiałów, umożliwiając różne zmiany w kolorze, odcieniu i fakturze, używając tylko jednego materiału.

Obecne metody druku 3D, które obejmują wiele materiałów, często wymagają skomplikowanych procesów z wieloma dyszami, gdzie jeden materiał musi być odrzucony przed zastosowaniem innego. Ta nowa technika całkowicie zmienia tę paradygmat, umożliwiając tworzenie obiektów w zaledwie jednym kroku bez strat materiału. Dodatkowo technika umożliwia precyzyjną kontrolę nad temperaturą i prędkością, co prowadzi do bardzo szczegółowych przejść w kolorze i fakturze, tworząc obiekty, które wyglądają znacznie bardziej wyrafinowanie niż to, co było możliwe przy wcześniejszych metodach.

W istocie metoda ta wykorzystuje materiały wrażliwe na ciepło, które reagują na zmiany temperatury, a prędkość drugiej dyszy dyktuje poziom ogrzewania, umożliwiając tym samym kontrolę nad ostatecznym wyglądem przedmiotu. Na przykład przy tworzeniu uchwytów do rowerów badacze używali różnych prędkości dyszy, aby osiągnąć wariacje w chropowatości powierzchni, tworząc uchwyty, które są łatwiejsze do trzymania i obsługi. Ta technika nie wymaga zmian w konfiguracji sprzętowej drukarek, co stanowi dodatkową zaletę, ponieważ pozwala na szeroką aplikację bez dużych kosztów.

Badacze skupili się również na opracowaniu modelu oprogramowania, który przewiduje dokładne parametry potrzebne do osiągnięcia pożądanych wyników. Ten model automatyzuje proces tworzenia złożonych obiektów, co oznacza, że użytkownicy mogą łatwo wprowadzać swoje wymagania dotyczące koloru i faktury, a system generuje instrukcje dla drukarki. To otwiera drzwi do nowych możliwości dla projektantów i inżynierów, szczególnie w branżach, które wymagają spersonalizowanych produktów o wysokiej precyzji, takich jak urządzenia medyczne, części samochodowe czy nawet produkty konsumpcyjne.

Jednym z wyzwań, z którymi się zmierzyli, było zapewnienie, że materiał jest równomiernie podgrzewany podczas procesu druku. W poprzednich metodach podgrzewanie dyszy i dostosowywanie temperatury były czasochłonne i kosztowne, często wymagając dodatkowej energii i czasu. Z nową techniką jednak kontrola temperatury jest optymalizowana za pomocą prędkości dyszy, eliminując potrzebę dodatkowego podgrzewania lub chłodzenia dysz. Ta oszczędność czasu nie tylko przyspiesza proces produkcji, ale również znacząco redukuje zużycie energii, co ma kluczowe znaczenie w branżach, które dążą do zmniejszenia swojego śladu węglowego.

Zastosowanie tej techniki już przyniosło imponujące rezultaty, takie jak produkcja częściowo przezroczystych butelek na wodę z precyzyjnymi elementami graficznymi oraz uchwytów do rowerów o różnych stopniach chropowatości dla lepszego chwytu. Wykorzystanie materiałów termoczułych, które reagują na ciepło, umożliwia tworzenie złożonych obiektów z dużo większą precyzją i różnorodnością w fakturze, kolorze i ogólnym wyglądzie.

Oprócz umożliwienia tworzenia przedmiotów o bardziej złożonych cechach estetycznych, technika ta oferuje również potencjał do dalszego badania właściwości mechanicznych i akustycznych materiałów. Badacze planują testować także inne materiały termoczułe, takie jak plastiki, które mogłyby znaleźć zastosowanie w różnych branżach. Oczekuje się, że ta technologia umożliwi dostosowanie właściwości mechanicznych obiektów, takich jak twardość, elastyczność, a nawet izolacja dźwiękowa, co mogłoby otworzyć zupełnie nowe możliwości w produkcji i projektowaniu.

Jednym z najważniejszych zastosowań tej technologii mogłoby być zmniejszenie odpadów i zużycia energii w procesach produkcyjnych. Multimateriałowy druk 3D, który wymaga wielu dysz i materiałów, jest często bardzo marnotrawny, ponieważ materiały muszą być często zmieniane, co powoduje dużą ilość odpadów. Jednak z tą nową techniką materiały są wykorzystywane bardziej efektywnie, redukując potrzebę nadmiaru materiałów i skracając czas produkcji. To mogłoby mieć znaczący wpływ na zrównoważony rozwój w produkcji, zwłaszcza w branżach, które polegają na masowej produkcji dostosowanych części.

W przyszłości badacze planują dalej rozwijać tę technikę, aby zbadać, jak można ją dostosować do różnych rodzajów materiałów i jak mogłaby być stosowana w nowych branżach. Chociaż metoda obecnie koncentruje się na aspektach wizualnych, takich jak kolor i tekstura, istnieją plany na zbadanie możliwości kontroli właściwości mechanicznych, co mogłoby otworzyć nowe drzwi w rozwoju produktów drukowanych w 3D, które łączą estetykę i funkcjonalność.

Ta technologia ma potencjał nie tylko do rewolucjonizacji przemysłu druku 3D, ale także do szerszego zastosowania w różnych branżach, w tym w medycynie, sektorze motoryzacyjnym i produkcji elektroniki. W miarę jak badacze kontynuują rozwijanie tej metody, możliwe jest, że jej zastosowania będą się rozszerzać na nowe materiały i zastosowania, oferując możliwość produkcji przedmiotów o ulepszonych właściwościach i większej precyzji, przy jednoczesnym zmniejszeniu zużycia energii i zasobów.

Źródło: Massachusetts Institute of Technology