導(dǎo)讀:提到3D打印物品時(shí),大多數(shù)人可能會(huì)聯(lián)想到顏色和質(zhì)地完全一致的物體。這類(lèi)物品通常是通過(guò)連續(xù)沉積單一類(lèi)型的熔融聚合物,逐層冷卻硬化而成的。一般來(lái)說(shuō),3D打印多顏色、多紋理的物體是一個(gè)相對(duì)復(fù)雜且低效的過(guò)程。不過(guò),這種情況即將改變,得益于一種巧妙的新技術(shù),即在擠出后對(duì)溫度敏感的打印材料進(jìn)行“熨燙”。
2024年10月12日,據(jù)資源庫(kù)了解,麻省理工學(xué)院(MIT)和代爾夫特理工大學(xué)(TU Delft)的研究人員聯(lián)合開(kāi)發(fā)了一種創(chuàng)新的單材料多屬性3D打印技術(shù),稱為“調(diào)速熨燙”。這被稱為是一種更高效、更少浪費(fèi)、更高精度的技術(shù),該技術(shù)利用熱響應(yīng)材料一步完成3D打印具有多種顏色、色調(diào)和紋理的物體。
調(diào)速熨燙結(jié)合了雙噴嘴FDM 3D打印機(jī)和熱敏材料,打印過(guò)程中,第一個(gè)噴嘴在較低溫度下沉積熱敏絲,而第二個(gè)噴嘴通過(guò)“熨燙”材料層進(jìn)行加熱,通過(guò)控制其移動(dòng)速度,研究人員可以將材料加熱至特定溫度。這一過(guò)程能夠改變材料的色調(diào)和表面紋理,進(jìn)而創(chuàng)造復(fù)雜的圖案、圖像,甚至是二維碼。
該技術(shù)還可以通過(guò)改變表面粗糙度,增強(qiáng)物體的觸感。例如,通過(guò)調(diào)整熨燙速度,打印出的物體可以擁有不同的透明度、粗糙度或顏色漸變。該團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一個(gè)數(shù)字工具,能夠自動(dòng)根據(jù)用戶設(shè)定的顏色、色調(diào)和紋理要求生成3D打印指令。
現(xiàn)有的多色3D打印技術(shù)通常依賴多種材料,或者需要頻繁切換線軸,這不僅耗時(shí)而且材料浪費(fèi)較大。調(diào)速熨燙技術(shù)突破了這一瓶頸,它使用單一熱敏材料,通過(guò)雙噴嘴控制溫度變化實(shí)現(xiàn)多樣化的色調(diào)和紋理變化,而無(wú)需更換細(xì)絲或清理噴嘴。
MIT和代爾夫特團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一個(gè)理論模型,將材料的熱響應(yīng)特性與其輸出溫度關(guān)聯(lián)起來(lái),從而確定噴嘴以不同速度運(yùn)行時(shí)所能實(shí)現(xiàn)的溫度范圍。通過(guò)這一模型,研究人員能夠?qū)崿F(xiàn)不同的色調(diào)和表面紋理。
研究團(tuán)隊(duì)使用了三種不同的熱敏材料進(jìn)行測(cè)試,包括發(fā)泡聚合物(LW-PLA)、填充木纖維的PLA和填充軟木纖維的PLA。發(fā)泡聚合物在加熱時(shí)膨脹,產(chǎn)生不同的色調(diào)、透明度和表面紋理,而木纖維和軟木纖維則通過(guò)熱解在加熱時(shí)逐漸變暗。
研究人員通過(guò)調(diào)速熨燙技術(shù),成功打印出一系列物品,如帶有照片的杯子、陰影雕塑和半透明水瓶。為進(jìn)一步提升功能性,還設(shè)計(jì)了具有不同粗糙度的自行車(chē)把手,以增強(qiáng)騎手的抓握力。
調(diào)速熨燙技術(shù)還為多色3D打印的發(fā)展開(kāi)辟了新的路徑。這種技術(shù)不僅能夠?qū)崿F(xiàn)更快、更低成本的打印,還能通過(guò)精細(xì)調(diào)控噴嘴速度,產(chǎn)生傳統(tǒng)方法難以實(shí)現(xiàn)的漸變色調(diào)和細(xì)膩紋理。未來(lái),該團(tuán)隊(duì)計(jì)劃進(jìn)一步探索其他熱敏材料的應(yīng)用,如塑料,甚至嘗試通過(guò)該技術(shù)改變材料的機(jī)械和聲學(xué)特性。
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