پرینت قدرتمند چاپ سه بعدی؟! مهندسان یک نازل تغییر شکل جدید را به نمایش می گذارند که می تواند انقلابی در کاربردهای ‘چاپ ۴D’ ایجاد کند

مهندسان دانشگاه مریلند (UMD) یک نازل چاپ سه بعدی تغییر شکل دهنده یا “شکل دهنده” جدید ایجاد کرده اند که در شماره ۵ ژانویه مجله Advanced Materials Technologies به عنوان Frontispiece معرفی شد.

نازل شکل دهنده این تیم ابزارهای جدیدی را برای چاپ سه بعدی “کامپوزیت های پر از الیاف” – مواد ساخته شده از الیاف کوتاه که ویژگی های خاصی را نسبت به قطعات سنتی چاپ شده ۳D ، مانند تقویت مقاومت قطعه یا هدایت الکتریکی ، تقویت می کند ، به محققان ارائه می دهد. چالش این است که این ویژگی ها بر اساس جهت یا “جهت” الیاف کوتاه است ، که کنترل آن در طول فرآیند چاپ سه بعدی دشوار بوده است.

“رایان سوچول” ، استادیار ، گفت: “هنگام چاپ سه بعدی با نازل شکل دهنده ، قدرت در محرک های جانبی آنها قرار دارد ، که می تواند مانند یک بالون باد شود تا شکل نازل را تغییر دهد و به نوبه خود ، جهت الیاف را تغییر دهد.” در مهندسی مکانیک و مدیر آزمایشگاه ساخت پیشرفته Bioinspired (BAM) در دانشکده مهندسی A. James Clark UMD.

محققان برای نشان دادن رویکرد جدید خود ، برنامه های “چاپ ۴D” در حال ظهور را هدف قرار دادند. دیوید بیگیو ، استاد مهندسی مکانیک UMD ، یکی از نویسندگان این تحقیق ، گفت: “چاپ ۴D به مفهوم نسبتاً جدیدی از اشیا printing چاپ سه بعدی اشاره دارد که بسته به محیط آنها می توانند تغییر شکل داده یا تغییر شکل دهند.” “در کار ما ، ما چگونگی تورم قطعات چاپ شده در آب را بررسی کردیم ، و به طور خاص ، اگر با استفاده از نازل شکل دهنده خود بتوانیم آن رفتار تورم را تغییر دهیم.”

پیشرفت های اخیر در چاپ ۴D متکی به موادی است که هم قابلیت انبساط “ناهمسانگرد” را دارند ، هم در یک جهت بیش از جهت دیگر تورم دارند و هم در انبساط “ایزوتروپیک” ، از همه جهات به طور یکسان تورم دارند. متأسفانه ، تعویض بین این شرایط معمولاً محققان را ملزم به چاپ با مواد مختلف و مختلف می کند.

کانر آرمسترانگ ، نویسنده اصلی این تحقیق ، گفت: “آنچه هیجان انگیز بود کشف این موضوع بود که ما می توانیم باعث تغییر یک ماده چاپی بین تورم ناهمسانگرد و ایزوتروپیک شویم فقط با تغییر شکل نازل در طی فرآیند چاپ سه بعدی.” آرمسترانگ این رویکرد را به عنوان بخشی از تحقیقات پایان نامه MS خود در UMD توسعه داد.

نوح تاد ، یکی از نویسندگان این مطالعه و دانشجوی کارشناسی مهندسی مکانیک که اخیراً فارغ التحصیل شده است ، گفت: “نکته مهم ، توانایی نازل در شکل گیری و حتی افزایش نمره از نظر خصوصیات تورم محدود به چاپ ۴ بعدی نیست.” “رویکرد ما می تواند برای چاپ سه بعدی بسیاری از مواد کامپوزیت دیگر اعمال شود تا به عنوان مثال ویژگی های الاستیک ، حرارتی ، مغناطیسی یا الکتریکی آنها را شخصی سازی کند.”

جالب اینجاست که برای ساختن نازل شکل دهنده ، تیم در واقع به یک فناوری چاپ سه بعدی متفاوت با نام “چاپ PolyJet” روی آورد. این روش چند ماده ای مبتنی بر جوهر افشان ارائه شده توسط مرکز چاپ سه بعدی UMD’s Terrapin Works به محققان اجازه می دهد نازل خود را با مواد انعطاف پذیر برای محرک های جانبی تورم و کانال مرکزی شکل تغییر دهند ، اما سپس مواد محکم برای پوشش خارجی و دسترسی به پورت ها

عبدالله الشارحان ، یکی از نویسندگان این مطالعه و نامزد دکترای مهندسی مکانیک ، گفت: “استفاده از چاپ سه بعدی PolyJet چند ماده ای ما را قادر می سازد نازل را با یک محدوده قدرت عملیاتی یا مجموعه ای از اندازه فشار طراحی کنیم که می تواند در هر آزمایشگاه تحقیقاتی تولید شود.”

در یک کاربرد از این رویکرد جدید ، تیم در حال استفاده از استراتژی خود برای تحقق برنامه های زیست پزشکی است که در آن اشیا printed چاپ شده فله ای می توانند با حضور محرک های خاص از بدن تغییر شکل دهند. این تیم همچنین در حال مذاکره با چندین آزمایشگاه وزارت دفاع برای استفاده از نازل شکل دهنده برای پشتیبانی از تولید سلاح برای دفاع و سایر سیستم های نظامی است.

سوچول گفت: “با ارائه روشی در دسترس محققان برای چاپ سه بعدی مواد كامپوزیتی پر از الیاف با كنترل تقاضا برای جهت گیری فیبر آنها و در نتیجه ، كارایی نهایی آنها ،” این كار در را برای كاربردهای جدید چاپ سه بعدی باز می كند كه از این خصوصیات منحصر به فرد مواد و قابلیت های متمایز موجود در آنها استفاده کنید. “

محبوبه رضایی موید