定義新的范式：哈佛研究人員進(jìn)行多材料多噴嘴3D打印
時(shí)間：2019-11-28 09:24 來源：中國3D打印網(wǎng) 作者：中國3D打印網(wǎng) 閱讀：次
中國3D打印網(wǎng)11月26日訊，哈佛大學(xué)的研究人員開發(fā)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(gòu)造塊組成。這些塊中的每個(gè)塊具有不同的材料組成，并且被精確地布置以調(diào)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(shù)正在探索中，以便在單個(gè)過程中產(chǎn)生功能對(duì)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(shè)計(jì)和制造體素，這是我們領(lǐng)域的新興范例�！蓖瑫r(shí) Lewis教授指出MM3D的影響：“使用功能，結(jié)構(gòu)和生物墨水的完整包裝，現(xiàn)在可以按需將分散的材料無縫集成到3D打印的對(duì)象中�！�
用于多材料多噴嘴3D打�。∕M3D）的示例打印頭。哈佛大學(xué)的Lori K.Sanders攝影
1個(gè)噴嘴，8種材料，每秒50次更換
MM3D的核心概念是一個(gè)包含多個(gè)通道的打印頭，可通過一個(gè)噴嘴輸送多達(dá)八種不同的材料。這些噴嘴中的每個(gè)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(jié)，可防止材料倒流，從而保留了打印對(duì)象的質(zhì)量和細(xì)節(jié)。
通過在同一打印頭內(nèi)切換材料，并添加更多噴嘴以同時(shí)沉積體素，MM3D大大減少了打印時(shí)間。該技術(shù)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(wǎng)：“當(dāng)使用傳統(tǒng)的基于擠壓的3D打印機(jī)打印對(duì)象時(shí)，打印對(duì)象所需的時(shí)間與對(duì)象的長度成正比，因?yàn)榇蛴娮毂仨氃谌齻�(gè)方面而不只是一個(gè)方面。 MM3D將多噴嘴陣列與多種墨水之間的切換能力結(jié)合起來，可以有效地消除切換打印頭所花費(fèi)的時(shí)間，并幫助您將縮放律從立方體變?yōu)榫�性，因此您可以在數(shù)個(gè)周期內(nèi)打印多個(gè)材料�！�
為了證明這項(xiàng)技術(shù)，研究小組在Wyss生物啟發(fā)工程研究所和約翰·保爾森工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院（SEAS）內(nèi)共同工作，使用3D打印了移動(dòng)的軟機(jī)器人。采用折紙式建筑和內(nèi)部通道設(shè)計(jì)，可以通過真空壓縮通道使機(jī)器人行走。該機(jī)器人以每秒近半英寸的速度移動(dòng)，能夠運(yùn)輸?shù)奈矬w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(shù)進(jìn)行商業(yè)開發(fā)的方法。 2018年，麻省理工學(xué)院的Mediater Matter Group的Neri Oxman及其同事申請(qǐng)了一項(xiàng)專利，該專利涉及通過體素制造為體素準(zhǔn)備文件的過程。麻省理工學(xué)院的中介問題小組和懷斯研究所的一個(gè)團(tuán)隊(duì)結(jié)合了他們的共同專業(yè)知識(shí)，最近應(yīng)用了逐像素3D打印方法將MRI和CT掃描數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為詳細(xì)的醫(yī)學(xué)模型。
借助MM3D技術(shù)，哈佛團(tuán)隊(duì)正在試驗(yàn)新材料，較小的噴嘴和較大的噴嘴陣列，以擴(kuò)展該方法的功能。需要進(jìn)一步探索的一個(gè)特殊領(lǐng)域是反應(yīng)性材料的使用。研究人員Jochen Mueller評(píng)論說：“由于MM3D打印可以如此快速地產(chǎn)生物體，因此人們可以使用其特性隨時(shí)間變化的反應(yīng)性材料，例如環(huán)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(shè)計(jì)和制造體素，這是我們領(lǐng)域的新興范例�！蓖瑫r(shí) Lewis教授指出MM3D的影響：“使用功能，結(jié)構(gòu)和生物墨水的完整包裝，現(xiàn)在可以按需將分散的材料無縫集成到3D打印的對(duì)象中�！�
用于多材料多噴嘴3D打�。∕M3D）的示例打印頭。哈佛大學(xué)的Lori K.Sanders攝影
1個(gè)噴嘴，8種材料，每秒50次更換
MM3D的核心概念是一個(gè)包含多個(gè)通道的打印頭，可通過一個(gè)噴嘴輸送多達(dá)八種不同的材料。這些噴嘴中的每個(gè)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(jié)，可防止材料倒流，從而保留了打印對(duì)象的質(zhì)量和細(xì)節(jié)。
通過在同一打印頭內(nèi)切換材料，并添加更多噴嘴以同時(shí)沉積體素，MM3D大大減少了打印時(shí)間。該技術(shù)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(wǎng)：“當(dāng)使用傳統(tǒng)的基于擠壓的3D打印機(jī)打印對(duì)象時(shí)，打印對(duì)象所需的時(shí)間與對(duì)象的長度成正比，因?yàn)榇蛴娮毂仨氃谌齻�(gè)方面而不只是一個(gè)方面。 MM3D將多噴嘴陣列與多種墨水之間的切換能力結(jié)合起來，可以有效地消除切換打印頭所花費(fèi)的時(shí)間，并幫助您將縮放律從立方體變?yōu)榫�性，因此您可以在數(shù)個(gè)周期內(nèi)打印多個(gè)材料�！�
為了證明這項(xiàng)技術(shù)，研究小組在Wyss生物啟發(fā)工程研究所和約翰·保爾森工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院（SEAS）內(nèi)共同工作，使用3D打印了移動(dòng)的軟機(jī)器人。采用折紙式建筑和內(nèi)部通道設(shè)計(jì)，可以通過真空壓縮通道使機(jī)器人行走。該機(jī)器人以每秒近半英寸的速度移動(dòng)，能夠運(yùn)輸?shù)奈矬w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(shù)進(jìn)行商業(yè)開發(fā)的方法。 2018年，麻省理工學(xué)院的Mediater Matter Group的Neri Oxman及其同事申請(qǐng)了一項(xiàng)專利，該專利涉及通過體素制造為體素準(zhǔn)備文件的過程。麻省理工學(xué)院的中介問題小組和懷斯研究所的一個(gè)團(tuán)隊(duì)結(jié)合了他們的共同專業(yè)知識(shí)，最近應(yīng)用了逐像素3D打印方法將MRI和CT掃描數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為詳細(xì)的醫(yī)學(xué)模型。
借助MM3D技術(shù)，哈佛團(tuán)隊(duì)正在試驗(yàn)新材料，較小的噴嘴和較大的噴嘴陣列，以擴(kuò)展該方法的功能。需要進(jìn)一步探索的一個(gè)特殊領(lǐng)域是反應(yīng)性材料的使用。研究人員Jochen Mueller評(píng)論說：“由于MM3D打印可以如此快速地產(chǎn)生物體，因此人們可以使用其特性隨時(shí)間變化的反應(yīng)性材料，例如環(huán)氧樹脂，硅樹脂，聚氨酯或生物油墨�！�
詳細(xì)介紹MM3D的論文標(biāo)題為“通過多材料多噴嘴3D打印形成體素軟質(zhì)”，并發(fā)表在《自然》上。
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