定義新的范式：哈佛研究人員進行多材料多噴嘴3D打印
時間：2019-11-28 09:24 來源：中國3D打印網 作者：中國3D打印網 閱讀：次
中國3D打印網11月26日訊，哈佛大學的研究人員開發了一種新的3D打印方法，該方法被稱為多材料多噴嘴3D打印或MM3D，旨在通過體素制造來幫助定義新興的體素范例。在此范例中，3D打印零件由微小的構造塊組成。這些塊中的每個塊具有不同的材料組成，并且被精確地布置以調整零件性能，即，較軟的材料具有柔性，較硬的材料具有耐壓性。一種“真正的” 3D打印技術正在探索中，以便在單個過程中產生功能對象，而不是依賴于不同零件的組裝。
詹妮弗·劉易斯（Jennifer A. Lewis）教授介紹說：“這種方法能夠快速設計和制造體素，這是我們領域的新興范例�！蓖瑫r Lewis教授指出MM3D的影響：“使用功能，結構和生物墨水的完整包裝，現在可以按需將分散的材料無縫集成到3D打印的對象中�！�
用于多材料多噴嘴3D打印（MM3D）的示例打印頭。哈佛大學的Lori K.Sanders攝影
1個噴嘴，8種材料，每秒50次更換
MM3D的核心概念是一個包含多個通道的打印頭，可通過一個噴嘴輸送多達八種不同的材料。這些噴嘴中的每個噴嘴每秒最多可在材料之間切換50次。為防止任何不必要的材料混合，通道包含Y形結，可防止材料倒流，從而保留了打印對象的質量和細節。
通過在同一打印頭內切換材料，并添加更多噴嘴以同時沉積體素，MM3D大大減少了打印時間。該技術的研究人員馬克·斯凱拉爾-斯科特（Mark Skylar-Scott）告訴中國3D打印網：“當使用傳統的基于擠壓的3D打印機打印對象時，打印對象所需的時間與對象的長度成正比，因為打印噴嘴必須在三個方面而不只是一個方面。 MM3D將多噴嘴陣列與多種墨水之間的切換能力結合起來，可以有效地消除切換打印頭所花費的時間，并幫助您將縮放律從立方體變為線性，因此您可以在數個周期內打印多個材料�！�
為了證明這項技術，研究小組在Wyss生物啟發工程研究所和約翰·保爾森工程與應用科學學院（SEAS）內共同工作，使用3D打印了移動的軟機器人。采用折紙式建筑和內部通道設計，可以通過真空壓縮通道使機器人行走。該機器人以每秒近半英寸的速度移動，能夠運輸的物體重量接近其自身重量的八倍。
多種材料組合
通過三維像素3D打印的三維像素是一種作為GrabCAD Voxel軟件一部分通過Stratasys PolyJet技術進行商業開發的方法。 2018年，麻省理工學院的Mediater Matter Group的Neri Oxman及其同事申請了一項專利，該專利涉及通過體素制造為體素準備文件的過程。麻省理工學院的中介問題小組和懷斯研究所的一個團隊結合了他們的共同專業知識，最近應用了逐像素3D打印方法將MRI和CT掃描數據轉換為詳細的醫學模型。
借助MM3D技術，哈佛團隊正在試驗新材料，較小的噴嘴和較大的噴嘴陣列，以擴展該方法的功能。需要進一步探索的一個特殊領域是反應性材料的使用。研究人員Jochen Mueller評論說：“由于MM3D打印可以如此快速地產生物體，因此人們可以使用其特性隨時間變化的反應性材料，例如環氧樹脂，硅樹脂，聚氨酯或生物油墨�！�
詹妮弗·劉易斯（Jennifer A. Lewis）教授介紹說：“這種方法能夠快速設計和制造體素，這是我們領域的新興范例�！蓖瑫r Lewis教授指出MM3D的影響：“使用功能，結構和生物墨水的完整包裝，現在可以按需將分散的材料無縫集成到3D打印的對象中�！�
用于多材料多噴嘴3D打印（MM3D）的示例打印頭。哈佛大學的Lori K.Sanders攝影
1個噴嘴，8種材料，每秒50次更換
MM3D的核心概念是一個包含多個通道的打印頭，可通過一個噴嘴輸送多達八種不同的材料。這些噴嘴中的每個噴嘴每秒最多可在材料之間切換50次。為防止任何不必要的材料混合，通道包含Y形結，可防止材料倒流，從而保留了打印對象的質量和細節。
通過在同一打印頭內切換材料，并添加更多噴嘴以同時沉積體素，MM3D大大減少了打印時間。該技術的研究人員馬克·斯凱拉爾-斯科特（Mark Skylar-Scott）告訴中國3D打印網：“當使用傳統的基于擠壓的3D打印機打印對象時，打印對象所需的時間與對象的長度成正比，因為打印噴嘴必須在三個方面而不只是一個方面。 MM3D將多噴嘴陣列與多種墨水之間的切換能力結合起來，可以有效地消除切換打印頭所花費的時間，并幫助您將縮放律從立方體變為線性，因此您可以在數個周期內打印多個材料�！�
為了證明這項技術，研究小組在Wyss生物啟發工程研究所和約翰·保爾森工程與應用科學學院（SEAS）內共同工作，使用3D打印了移動的軟機器人。采用折紙式建筑和內部通道設計，可以通過真空壓縮通道使機器人行走。該機器人以每秒近半英寸的速度移動，能夠運輸的物體重量接近其自身重量的八倍。
多種材料組合
通過三維像素3D打印的三維像素是一種作為GrabCAD Voxel軟件一部分通過Stratasys PolyJet技術進行商業開發的方法。 2018年，麻省理工學院的Mediater Matter Group的Neri Oxman及其同事申請了一項專利，該專利涉及通過體素制造為體素準備文件的過程。麻省理工學院的中介問題小組和懷斯研究所的一個團隊結合了他們的共同專業知識，最近應用了逐像素3D打印方法將MRI和CT掃描數據轉換為詳細的醫學模型。
借助MM3D技術，哈佛團隊正在試驗新材料，較小的噴嘴和較大的噴嘴陣列，以擴展該方法的功能。需要進一步探索的一個特殊領域是反應性材料的使用。研究人員Jochen Mueller評論說：“由于MM3D打印可以如此快速地產生物體，因此人們可以使用其特性隨時間變化的反應性材料，例如環氧樹脂，硅樹脂，聚氨酯或生物油墨�！�
詳細介紹MM3D的論文標題為“通過多材料多噴嘴3D打印形成體素軟質”，并發表在《自然》上。
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