约翰霍普金斯大学开发新语言代码T-Code：增强3D打印头功能和速度

2025年1月31日，南极熊获悉，约翰霍普金斯大学在3D打印技术的不断发展中再次取得了新的进展。研究人员Jochen Mueller和Sarah Propst领导的团队开发出了一种名为T-Code（时间代码）的全新3D打印语言，这是一种通过将辅助控件与传统编程语言分离来增强3D打印功能的创新方法。

△T-Code将标准G代码命令分为两个协调轨道：一个用于打印路径指令，另一个用于基本打印头功能

T代码提升了打印速度、精度和多功能性

直接墨水书写 (DIW) 是现代增材制造的核心，它以多功能性和创建复杂多功能结构的能力而闻名。然而，这种方法的有效性受到G代码 (G-Code) 的严格框架的阻碍（它是大多数3D打印机使用的语言）。G代码的逐行执行可能会无意中导致缺陷并增加打印时间，因为任何辅助命令（如控制材料流或固化过程的命令）都会迫使打印机在每条新指令下停止操作。

△上图显示了正在打印的单条连续材料线或长丝，以及使用G代码的辅助命令导致的频繁停止和中断。相比之下，T代码也显示了一条不间断的长丝。使用T代码打印的晶格结构显示打印缺陷有所减少（相关研究传送门）

研究人员希望借助新语言来消除这些干扰。T代码的创新架构使得3D打印机能够同步执行复杂的运动和功能，例如实现平滑的颜色渐变和动态材料切换。这种并行处理方法由Python脚本实现，显著减少了传统打印过程中因频繁暂停而产生的速度减慢和缺陷。

另外，T代码不仅节省了时间，还扩展了可生产组件的范围。约翰霍普金斯大学的研究人员在生物医学、光学、机械工程和电子领域看到了新代码在制造高性能部件的巨大潜力，例如，从可穿戴电子设备到定制假肢。

除了加快打印速度和减少缺陷之外，T代码还开辟了功能性渐变的新途径，允许沿打印路径动态改变属性，如丝材直径和材料成分。这项功能使得设计师能够在单次打印过程中优化机械性能，如刚度、强度或能量吸收，而无需多次运行或复杂的后处理。通过允许精确地按时间而非空间进行更改，生成的部件可以展示高级功能，例如分级填充或无缝颜色过渡。

△T-Code将打印机的运动与补充功能同步，例如材料切换

T代码提升并行化生产与材料多功能性

总的来说，研究人员特别强调了T代码在大规模定制生产中的可扩展性。得益于打印头控制的连续性，无需因每次开关或命令而中断运动，多个打印头可以实现并行操作，每个打印头独立同步执行任务。这种并行化显著缩短了整体生产时间，尤其在大批量组件的生产或需要不同材料属性的复杂单次打印任务中效果显著。同步功能甚至允许同时构建不同的几何形状，使得高度定制化产品能在单一自动化周期内完成生产。

另外，T代码的设计与硬件无关，这使得它能够轻松集成到现有的3D打印机中，只需进行少量调整。通过保持核心运动规划不变，并仅添加Python脚本作为辅助命令，新代码能够适应各种材料，从消费级打印机中的热塑性塑料到高端工业设备中的专用油墨。该团队认为，这种灵活性将降低研究人员和制造商的门槛，促进更广泛的采用，并推动多功能3D打印技术的进一步创新。