“一体化”：新的 3D 打印方法可让您控制单一材料的颜色和纹理 – 3D打印行业资讯网

创新的 3D 打印技术现在只需使用一种材料即可精确控制颜色、色调和纹理。这种称为变速熨烫的新方法不仅加快了生产过程，而且还显着减少了浪费。

这种方法由剑桥麻省理工学院 (MIT) 和荷兰代尔夫特理工大学 (TU Delft) 的研究人员开发，标志着 3D 打印技术向前迈出了一大步。特别是，与基于使用多种材料和更换喷嘴的传统方法相比，它有望提供更快、更可持续的解决方案。这项创新的详细信息在题为“ 调速熨烫：单一材料 3D 打印中的高分辨率色调和纹理梯度, 发表于 计算机协会 (ACM) 数字图书馆。

多材料 3D 打印长期以来因其能够创建具有不同颜色和纹理的物体而闻名。虽然这些方法很有效，但它们通常依赖于更复杂的设置，例如多材料挤出，这可能效率较低并产生浪费。例如，一些方法结合多个灯丝或喷嘴来实现类似的结果，但往往速度较慢并且在生产过程中产生更多浪费。麻省理工学院领导的团队的新方法解决了这些问题。

这里真正的突破是使用热敏螺纹和双喷嘴系统。在第一阶段，打印机应用基材，然后第二个喷嘴（让人想起熨斗）在打印层上移动，调整材料的属性。打印机不是在不同的材料或喷嘴之间切换，而是通过改变第二个喷嘴经过材料的速度来激活物体外观的变化（例如颜色、透明度或表面粗糙度的变化）。研究人员表示，这种速度调节可以使材料不同程度地升温，从而引起一定的变化。

代尔夫特理工大学首席研究员 Mehmet Özdemir 表示：“通过尝试利用温度响应，我们意识到改变喷嘴的速度比改变喷嘴的温度要精确和即时得多。这是我们精确控制所供应热量的关键。”

该团队主要使用 Ultimaker 打印机（型号 3、S3、S5 和 S7）来测试不同的耗材对调速熨烫方法的反应。他们调整了 Ultimaker Cura 软件的打印指令（G 代码），以控制层高和熨烫过程。尽管他们使用的是 Ultimaker 打印机，但研究人员表示他们的方法也适用于其他 FDM 3D 打印机。在未来的工作中，他们计划将该技术集成到现有的切片机软件中，以提高打印速度、分辨率和整体效率，而无需进行额外的硬件修改。

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这种方法的主要优点是第二个喷嘴仅传递热量并且其温度保持恒定。通过控制喷嘴的速度，研究人员可以控制传递到材料的热量。这样就可以创建精确调整的色调、颜色和纹理，无需额外的材料或复杂的设备。

“这就像你把手指放在火上时会发生什么。如果你快速移动它，你可能不会被烧伤，但如果你在火焰上缓慢移动它，你的手指就会加热到更高的温度，”麻省理工学院机械工程研究生、研究人员之一 Marwa AlAlawi 解释道。参与研究。项目。

借助这项新技术，设计人员可以用更少的资源更快地创建高度个性化的对象。例如，该团队通过创建具有不同不透明度的半透明水瓶来展示他们的方法。打印机可以通过以低速熨烫材料来创建不透明区域，而较高的速度则创建半透明区域。他们还制作了带纹理的自行车把手，可以帮助握力较弱的用户获得更好的握力。这种级别的定制通常比传统的 3D 打印方法更复杂、效率更低，通常需要额外的步骤和资源。

“如今，我们的桌面打印机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 打印物体创建一组更加多样化的特征，”速度研究论文的合著者 Mustafa Doga Doğan 说道。 – 调制熨烫。

多根在麻省理工学院研究这种创新方法，并于 2024 年获得博士学位。他目前在瑞士巴塞尔担任 Adob​​e 研究员，最近在社交媒体上分享了他对该项目在今年展会上展出的兴奋之情。 ACM 用户界面软件和技术研讨会 (UIST) 在宾夕法尼亚州举行。

这种方法最吸引人的特点之一是它的有效性。对于传统的多材料 3D 打印，每次材料切换不仅需要打印机喷射剩余材料，而且还会因打印机重新校准下一种材料而导致停机。此过程会增加打印时间并浪费材料。相反，研究人员解释说，以调制速度熨烫可显着降低这种低效率。

项目团队使用三种类型的热敏线测试了该方法。其中一种是发泡聚合物，可以根据施加的热量改变不透明度、色调和纹理。另外两种材料分别填充木材和软木纤维，可以以不同程度的强度“烧焦”以产生更深的色调。

为了确保该方法的准确性，研究人员开发了一个模型，可以预测第二个喷嘴将以不同速度向材料传递多少热量。该模型是自动生成打印指令以实现特定颜色、纹理或色调的用户界面的基础。

“有很多因素会影响我们得到的结果。我们正在对非常复杂的东西进行建模，但我们也希望确保结果是详细的，”AlAlawi 说。

该团队考虑了各种变量，例如风扇散热、室温以及他们所使用的特定灯丝的特性。他们将所有这些因素融入到一个用户友好的界面中，简化了设计人员的流程，使他们能够专注于产品的最终外观，而无需在打印过程中手动调整设置。

尽管变速熨烫技术仍处于发展的早期阶段，但研究人员相信它可以重新定义 3D 打印。通过使流程更快、更准确、更少浪费，它可以为从消费品到医疗保健等行业的更可持续生产铺平道路。

该团队已经在探索将该方法用于其他热敏材料（例如某些塑料）的可能性。他们不仅对改变材料的视觉特性感兴趣，而且对改变其机械和声学特性感兴趣。通过这样做，他们希望操纵诸如刚度、灵活性甚至隔音等特性，这可能为假肢等应用开辟新的可能性，在假肢中改变零件不同区域的刚度可以提高舒适度和功能性。在声学工程中，这种方法可以更好地控制声音的吸收或反射，这将有助于扬声器或隔音材料的设计。

代尔夫特理工大学工业设计学院副教授 Zenja Dubrovsky 总结道：“我们相信，这项技术是朝着使​​用更少材料、同时提供更通用和更具表现力的制造结果迈出的重要一步。”