能打印纖維復(fù)合結(jié)構(gòu)的3D打印機(jī)The Bug
3D打印社區(qū)的任何人都認(rèn)定，3D打印技術(shù)是一個(gè)非常好的創(chuàng)新，正在改變著能想到的幾乎任何行業(yè)的生產(chǎn)制造工藝。雖然在很多的方面優(yōu)于傳統(tǒng)生產(chǎn)方式，但在幾個(gè)方面，它仍然比不上傳統(tǒng)的制造工藝。
比較明顯的是，大多數(shù)3D打印機(jī)采用的這種層-層制造的方法創(chuàng)建的結(jié)構(gòu)，沒(méi)有傳統(tǒng)方法制造的對(duì)象強(qiáng)度高，甚至不如在自然界中的復(fù)合結(jié)構(gòu)。一層疊加一層的結(jié)構(gòu)，可以輕松地構(gòu)建原型，但是其強(qiáng)如就如用膠帶把這些層捆綁在一起一樣。傳統(tǒng)的制造工藝，也包括纖維復(fù)合結(jié)構(gòu)（就像蜘蛛網(wǎng)，鳥(niǎo)巢或衣服），能夠把壓力均勻地進(jìn)行分解，因此，這些結(jié)構(gòu)都更堅(jiān)固、更靈活、更遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于3D打印。
看到這里，你可能會(huì)想：為什么3D打印機(jī)不能夠構(gòu)建復(fù)合結(jié)構(gòu)，而不是層結(jié)構(gòu)呢？幸運(yùn)的是，這正是ITT學(xué)生Sebastian Morales正在致力于的工作，這是一個(gè)稱為“The Bug”（蟲(chóng)子）的有趣的本科項(xiàng)目的一部分。雖然現(xiàn)在還不太能夠打印復(fù)雜的復(fù)合結(jié)構(gòu)，但他已經(jīng)做了一些精彩的工作，來(lái)探討這些技術(shù)。前一段時(shí)間，他在Instructables分享了他的有趣的結(jié)果。
正如他在博客中解釋說(shuō)的，Morales想探索一種制造項(xiàng)目，該項(xiàng)目試圖仿效自然界的工藝過(guò)程。 “通過(guò)對(duì)于自然界的制造方式的觀察，我得到了靈感，創(chuàng)造了Bug，這是一個(gè)3D打印機(jī)，像機(jī)器人一樣，它可以使用復(fù)合纖維。纖維復(fù)合材料已經(jīng)存在了幾千年，現(xiàn)在，他們已經(jīng)演變成技術(shù)先進(jìn)的材料，具有提供優(yōu)良的特性，如強(qiáng)度-重量比、彈性、絕緣能力等。”
首先，他的目標(biāo)是避免使用分層的生產(chǎn)工藝。他認(rèn)為，如果3D打印它能夠使用纖維復(fù)合材料打印，其潛力將大大增加。重要的是，像自然界中的重疊和多向結(jié)構(gòu)會(huì)具有更高的強(qiáng)度-重量比。
他著手構(gòu)建這種3D打印技術(shù)，測(cè)試各種打印機(jī)和材料后，他決定采用紫外線固化樹(shù)脂（SLA）工藝來(lái)進(jìn)行復(fù)合結(jié)構(gòu)的打印，因?yàn)檫@種方式的固化速度足夠快，保持形狀以的同時(shí)能夠達(dá)到理想的效果。
至于3D打印機(jī)，他仍采用實(shí)驗(yàn)室的設(shè)備。“認(rèn)識(shí)到我是不會(huì)有足夠的時(shí)間來(lái)設(shè)計(jì)自己的CNC數(shù)控機(jī)床，我決定我應(yīng)該采用現(xiàn)有的設(shè)備。我在一些Repraps打印機(jī)上，如shapeoko等做了一些研究，在年底的圣誕節(jié)的時(shí)候，Matt Spenko博士捐助了一臺(tái)Fab at Home，這是幾年前一組學(xué)生制作的早期的3D打印機(jī)，之后就留在實(shí)驗(yàn)室了“。
這成了他的實(shí)驗(yàn)中使用The Bug 3D打印機(jī)。 “這臺(tái)機(jī)器是一個(gè)非常友好的雕刻蜘蛛。”，他開(kāi)始更有效率地制作復(fù)合形狀，但是更大的挑戰(zhàn)會(huì)擺在他面前。
“一開(kāi)始，我并沒(méi)有一種有效的方法來(lái)生成路徑，我不得不用手工來(lái)選擇這些點(diǎn)。出于這個(gè)原因我決定第一次打印應(yīng)該是一個(gè)簡(jiǎn)單的三維鐘形曲線。 我把表面簡(jiǎn)化成成一系列相交于一點(diǎn)的曲線，然后決定打印一下試試。”從上面可以看出這些結(jié)果。
此后，Morales開(kāi)始研究生成復(fù)合的結(jié)構(gòu)的更復(fù)雜方法。使用用于創(chuàng)建圖形的應(yīng)用程序Processing 2，他能夠把3D模型轉(zhuǎn)換成復(fù)合結(jié)構(gòu)，并形成他的The Bug打印機(jī)可以進(jìn)行打印的路徑。“它從一個(gè)非常混亂的隨機(jī)性轉(zhuǎn)換成流暢的有組織的隨機(jī)性，如果這樣可行，我覺(jué)得讓機(jī)器先打印一個(gè)網(wǎng)狀的支撐，然后在這些支撐上面進(jìn)行打印，會(huì)有更好的效果。”
經(jīng)過(guò)試驗(yàn)，Morales已經(jīng)能夠打印出來(lái)一些基本的復(fù)核結(jié)果，但是能夠進(jìn)行優(yōu)于3D打印層層結(jié)果的堅(jiān)固的復(fù)合結(jié)果還有很長(zhǎng)的路要走，Morales的項(xiàng)目并沒(méi)有深入了，但是the Bug的確帶給我們一些新的切入點(diǎn)和可能性。
相對(duì)于層層疊加，復(fù)合結(jié)構(gòu)能夠提高3D打印的質(zhì)量嗎？如果有更進(jìn)一步的研究來(lái)讓這種方法更加準(zhǔn)確、經(jīng)濟(jì)地來(lái)進(jìn)行高精度的打印，3D打印的發(fā)展無(wú)疑有了新的路徑。說(shuō)不定“The Bug”就是3D打印技術(shù)稱為主流的制造工藝的關(guān)鍵呢！
(責(zé)任編輯：admin)
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