近日，美國羅格斯大學和路易斯維爾大學的研究人員開發了一種熔絲制造(FFF)系統，該系統能夠使用多個噴嘴在單個機架上快速3D列印同一部件的不同區域。新系統的列印速度是标準熔絲制造系統的兩倍。
使用内部開發的切片機，Multiplexed FFF或“MF3”機器能夠同時部署兩個或多個列印頭，而無需額外的龍門支架單獨控制它們。研發團隊表示，MF3可以建立不規則的建構、更大的連續對象和多個不同的較小部分，無論是列印分辨率和制造速度，都比現有技術高出兩倍以上。
“MF3将改變熱塑性列印的方式，”該研究的主要作者Jeremy Cleeman說，“我們需要對系統進行更多的測試，以了解制造的零件的強度和幾何潛力，但隻要這些元素存在，我們相信這可能會改變行業的遊戲規則。”
MF3系統和随附的切片器的工作原理
工業FFF 3D列印的權衡
據研究人員稱，與基于粉末或基于大盆（vat-based）的技術相比，FFF繼續顯示出了作為3D 列印大型部件便宜和适合的潛力。随着Titan Robotics等公司憑借裝載顆粒的大幅面Atlas 3D 列印機獲得市場關注，熟悉FFF的人将知道該過程已經在擴充。
美國橡樹嶺國家實驗室對大面積增材制造(BAAM)的研究也催生了高流速擠出機和基于大噴嘴的方法，以提高FFF的列印速度。該技術使用基于螺杆的龍門式擠出機通過噴嘴以 3000-8000mm3/s的流速熔化和擠出顆粒，并設計了5-8mm寬的通道促進更快的流動。
然而，該團隊表示，将這種高吞吐量與實作精細特征所需的分辨率相比對仍然很困難。雖然增加道路尺寸（即擠出材料珠粒的尺寸）以提高産量會導緻較差的幾何保真度，但減小道路尺寸以實作高保真度會限制可生産的零件體積。
以前，制造商試圖克服這種兩難而采用的方法是疊印零件并加工掉多餘的材料，但過程昂貴且耗時。另一種繼續受到關注的方法是獨立雙擠出(IDEX)技術，該技術使用多個噴嘴同時列印同一零件的不同部分。
這種将多台擠出機安裝在一個龍門架上的技術能夠在同一台機器上串聯生産雙零件。雖然該技術目前由FlashForge和Raise3D等公司正在向市場推出，但研究人員表示，目前這種技術僅限于列印周期性幾何形狀。該團隊還聲稱，每台擠出機使用一個龍門架隻能使兩個列印頭在獨立雙擠出設定中可行。
MF3系統的燈絲收縮方法
多路熔絲制造
為了克服現有FFF技術的缺陷，研究人員提出了自己設想的系統，該系統由3個現成的擠出機組成，位于1個三軸笛卡爾龍門架上。與目前的IDEX機器不同，MF3的列印頭能夠同時建立不同的零件部分，這要歸功于選擇性沉積方法。
該技術是通過定制切片機實作的，切片機旨在優化機器龍門臂的運動，并确定是否應該激活噴嘴。在實踐中，軟體可以精确控制列印機步進電機的方向和速度，使燈絲能夠獨立地推進或縮回到擠出機的液化器中。
鑒于每個噴嘴的速度不取決于它們是否沉積材料，該單元可以連續列印零件，同時避免任何潛在的重疊或碰撞。MF3的并發沉積功能還能夠以比單擠出機系統和多材料建構更高的分辨率和吞吐量建立零件。
事實上，在測試過程中，這台系統被證明能夠生産分辨率是大面積增材制造技術的2.5-4倍的零件，并且随着更多噴嘴的加入，列印速度還可以提升。研究人員通過進一步實驗還發現，使用定制的刀具路徑政策同時3D列印大型和小型零件，這種方式估計可以将交貨時間減半。
展望未來，工程師們相信MF3相對于單噴嘴列印的吞吐量優勢，将被證明可以實作更大批量規模的生産。是以，它可以讓使用者克服受現有技術限制下的幾何限制，實作新的規模經濟和生産力。
由MF3在不同部分列印的3D零件樣品
推進高速FFF 3D列印
FFF繼續成為提高速度和性能的重要研究的主題。過去，Titan Robotics曾與Autodesk合作開發五列印頭Cronus 3D列印機，其目标與MF3 相似。2016年推出時，該系統被證明能夠使用多台擠出機同時列印一個物體，但此後沒有進一步開發。
去年，3D Systems公司向外界透露與Jabil合作推出一款高吞吐量Roadrunner 3D列印機。該系統具備列印高溫燈絲的能力，旨在作為高速融合(HSF)平台的基礎，面向汽車和航空航天領域。
在其他地方，法國的南特大學研究人員已着手研究FFF 3D列印過程中的熱傳遞和粘附性。通過量化過程中發生的熱交換，研究人員試圖确定最佳的列印參數集，并最大限度地提高3D列印部件的機械性能。
來源：榮格工業資源網
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