浪费比 Bambu Lab 少 10 倍？ 3D 调速熨烫…

来自麻省理工学院 (MIT) 和代尔夫特理工大学的研究人员利用单一材料和多种特性开发了一种新的 3D 打印工艺。

据报道，这种方法比其他方法更快，并且比 Bambu Lab X1-Carbon 等现有多材料系统产生的废物少 10 倍。值得注意的是，它不需要更改 3D 打印硬件，可能允许任何具有多个喷嘴的 3D 打印机解锁此功能。

该团队的新型调速熨烫方法将双喷嘴 FDM 3D 打印机与热敏材料相结合。它可以在一次打印作业中创建多种色调、纹理和形状，无需清洁灯丝或在线轴之间切换。

第一个喷嘴在低温下施加热敏丝，然后第二个喷嘴“熨烫”材料层。通过改变第二个喷嘴的速度，研究人员能够将挤出的细丝加热到特定温度。这个过程改变了材料的色调和纹理，从而可以创建复杂的图案和图像。

调速熨烫允许您在 3D 打印物体的表面添加文字、照片和二维码，并且可以改变表面粗糙度以改善零件的触感。还创建了一个数字工具，可以根据用户的颜色、阴影和纹理特征自动生成 3D 打印指令。

研究合著者 Mustafa Doga Doğan 评论道：“如今，我们的桌面打印机可以使用多种墨水的智能组合来创建各种色调和纹理。” “我们希望能够使用 3D 打印机做同样的事情——使用一组有限的材料为 3D 打印对象创建一组更加多样化的特征。”

该团队希望这一新流程能够简化从“软件”到更“多功能、富有表现力和可持续的 3D 打印形式”的过渡。

该研究的标题是：“调速熨烫：单一材料 3D 打印中的高分辨率阴影和纹理梯度”。研究结果将在 10 月 13 日至 16 日举行的计算机协会 (ASM) 用户界面软件和技术研讨会上公布。

使用一种材料进行多色 3D 打印

大多数多色 3D 打印机使用多种材料，要么在工具头之间切换，要么通过同一喷嘴挤出不同的材料。这些过程往往缓慢且低效。

在后一种情况下，在挤出材料之前，必须将喷嘴加热到所需的温度。当达到较高温度时，这种劳动密集型过程可能会导致材料变质。这也会浪费大量材料，因为在 3D 打印下一种材料之前必须清洁灯丝。

为了克服这些问题，麻省理工学院-代尔夫特团队开发了一种新的熨烫技术。单喷嘴 3D 打印热敏材料，然后由空喷嘴加热并激活。

第二个喷嘴的温度保持恒定。它以不同的速度穿过 3D 打印层，使其暴露在不同程度的热量下。这些变化是实现所需特性和色调的关键。

参与这项研究的麻省理工学院机械工程研究生 Marwa AlAlawi 将这一过程比作将手指放在火焰上。 “如果你动作快，你就不会被烧伤，”他解释道。 “但如果你在火焰上慢慢移动它，你的手指就会加热到更高的温度。”

为了确定达到特定温度所需的喷嘴速度，研究人员开发了一种理论模型，将材料的温度敏感特性与其输出温度联系起来。这种组合使团队能够确定产生特定颜色、色调和表面纹理所需的特定喷嘴速度。

该模型已被纳入用户友好的工具中，该工具可以将图像、阴影、图案和纹理要求转换为用于 3D 打印的 G 代码。

https://www.youtube.com/watch?v=PvrU1Aw2KP0

高速、低浪费的 3D 打印

研究人员使用三种不同的热敏材料测试了他们的调速熨烫技术：发泡聚合物 (LW-PLA)、填充木纤维的 PLA 长丝和另一种填充软木纤维的长丝。

LW-PLA 含有发泡剂，加热时可将长丝转变为闭孔结构。随着更多的热量暴露，这些细胞会膨胀，散射光线，产生鲜艳的色彩并增加不透明度。其他填充有木材和软木的线，当暴露在热解引起的热量下时，颜色会变得越来越深。

在实验中，研究人员使用这种方法 3D 打印了一系列物体，包括装有照片的杯子、阴影雕塑和部分半透明的水瓶。

为了创造后者，该团队以低速熨烫了一些 LW-PLA 层，使其表面不透明，并以高速熨烫了其他区域，使其半透明。 3D 打印自行车把手还具有不同程度的粗糙度，以提高抓地力。

事实证明，使用传统的多材料 3D 打印机 3D 打印这些零件的效率要低得多。变速熨烫减少了 3D 打印时间和材料消耗。

例如，利用研究人员的方法，只花了2小时30分钟就制作了一个带有爱因斯坦图像的杯子。据报道，在 Bambu Lab X1-Carbon 上 3D 打印同一物体需要 14 小时 30 分钟，更换灯丝时会去除材料。还使用了十倍以上的材料。

多色3D打印领域的发展

大学和研究机构正在努力优化多色 3D 打印。事实上，麻省理工学院-代尔夫特分校的团队并不是第一个探索使用单一材料进行多色 3D 打印的团队。

今年早些时候，伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校和贝克曼高级科学技术研究所的研究人员开发了一种使用单一墨水的多色 3D 打印工艺，为现有方法提供了更高效、更可持续的替代方案。

该工艺的灵感来自变色龙和 UV 墨水的使用，可以在 3D 打印过程中动态改变结构颜色。这些颜色已被成功编程以反射宽光谱的可见光。其中包括对文森特·梵高 (Vincent van Gogh) 的《星夜》画作的再现以及多色 3D 打印变色龙。

在其他地方，埃因霍温理工大学 (TUE) 的科学家此前开发了一种与直接墨水书写 (DIW) 兼容的变色液晶墨水。这种新材料的灵感来自于天然虹彩材料，这些材料会根据观看的角度而改变颜色。

该材料具有反射特性，这是由其分子的螺旋排列决定的。这可以在 3D 打印过程中通过更改 3D 打印速度等参数来控制。最终，TUE 团队表示，这种多色 3D 打印方法对于装饰照明、用于健康监测的软可穿戴传感器和增强现实光学等应用非常有用。

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该图显示了使用变速熨烫机 3D 打印的水瓶。麻省理工学院和代尔夫特理工大学的摄影作品。