罗格斯大学开发出“更快、更精确”的FFF 3D 打印方法—多喷嘴熔融制造

2022年8月3日，南极熊获悉，罗格斯大学的研究人员在最近一项的研究中，开发出了一种“更快、更精确”的FFF3D 打印工艺。该方法被命名为多喷嘴熔丝制造 (MF3)，它涉及单个机架和一系列小喷嘴，而不是 FDM 中传统使用的单个大喷嘴。

材料挤出式增材制造(MatEx) 的短构建时间是工业规模大零件和大批量经济打印的关键。一种流行的解决方案是以降低几何分辨率和更大的后处理浪费为代价来打印大型道路。此外，业内还有一种并行的替代方案，即使用多个打印头同时打印零件的不同部分，但该工艺受到几何复杂性有限、成本高和机器设计复杂的影响。

来自罗格斯大学的研究人员通过采用多喷嘴模式，已经能够以其他 3D 打印方法的一小部分成本来 3D 打印大型和复杂的零件。此外，该方法的亮点之处在于不仅可以显著减少打印时间，还可以增加打印分辨率和零件尺寸。

这项有关MF3 打印工艺的研究被发表在《Additive Manufacturing》期刊上，题为“熔丝制造的可扩展、灵活和弹性并行化：打破材料挤出增材制造中的地方性权衡/calable, flexible and resilient parallelization of fused filamentfabrication: Breaking endemic tradeoffs in material extrusion additivemanufacturing”中，该论文由Jeremy Cleeman和Alex Bogut等人撰写。

相关论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2214860422003232

研究人员解释说，MF3 技术通过与多台FFF 挤出机同时打印而无需单独控制每台挤出机的运动来工作。这是通过“使用一种新的刀具路径策略来实现的，这种策略植根于我们对连续长丝收缩和推进的发现”。

△ MF3 的工作流程以及打印结果的概念图（图片来源：罗格斯大学）

MF3 流程中软件的重要性

这种新的 MF3 工艺成功背后的关键之一是它背后的控制软件。研究人员开发了自己的切片器软件，以优化龙门臂的运动，这种打印策略源于研究人员在连续长丝收缩和推进方面取得的突破。此外，该软件能够检测在打印时应打开或关闭哪些喷嘴以实现最高效率，这使得操作员可以在同一台机器上以前所未有的吞吐量和分辨率组合打印非周期性 3D 结构、较大的连续零件或多个较小的不同零件或两者的混合物，而不受最先进的并行化方法的限制。这种工艺还具有第二个潜在的好处，即减少打印机停机时间。当喷嘴堵塞或不工作时，软件可以将其关闭并专注于其他喷嘴。相比之下，在只有一个喷嘴的打印机中，操作者只能选择关闭机器。

此外，这些进步使研究人员能够克服所谓的吞吐量-分辨率权衡，或 3D 打印机沉积材料的速度与最终部件的分辨率难以兼备的挑战。到目前为止，用户一直在打印机的功能选择上苦苦挣扎，因为较大直径的喷嘴可以显着提高打印速度，但分辨率较低。另一方面，较小的喷嘴允许更高的分辨率和更详细的能力，但过程较慢。通过增加喷嘴的数量并优化它们的使用方式，而不是专注于打印头同时打印零件的部分的并行化，MF3 工艺使研究人员能够完全绕过这个问题，打破了吞吐量-分辨率的权衡，而无需采取考虑到现有的成本/几何限制。

△使用 0.4 毫米直径喷嘴的 MF3 原型打印的零件（图片来源：罗格斯大学）

罗格斯工程学院的研究员、MF3 工艺研究的主要作者 Jeremy Cleeman 总结道：“我们需要进行更多测试来了解我们可以制造的零件的强度和几何潜力，但只要这些元素存在，我们相信这可能会改变行业的游戏规则。”