基于视觉控制喷射技术的非接触式3D打印

麻省理工学院是位于美国马萨诸塞州剑桥市的私立研究型大学,1861年成立,美国八所常春藤盟校之一。该校的计算机工程、电机工程等诸多工程学领域在世界名列前茅,机械、工程、计算机等位列2022 US News美国大学排名第一。在校员工(包括教师)16327人,教授(所有级别)1080人,学生11858人。


    麻省理工学院研究团队开发了一种可使用更多类型的材料的新型3D喷墨打印系统。该打印系统利用视觉控制喷射技术自动扫描3D打印表面,并实时调整每个喷嘴沉积的树脂量,以确保所有区域材料不会过多或过少。由于不需要机械部件来平滑树脂,这种非接触式系统所使用的材料比传统3D打印中使用的丙烯酸酯固化得更慢。而一些固化速度较慢的材料化学成分可以提供比丙烯酸酯更好的性能,如更大的弹性、耐用性或寿命。此外,自动系统可以在不停止或减慢打印过程的情况下进行调整,因此这款生产级打印机比同类3D喷墨打印系统快约660倍。视觉控制喷射技术利用四个高帧率相机和两个激光器来快速、连续地扫描打印表面。自动化系统可以对任何单独的喷嘴进行调整。由于打印机有16000个喷嘴,该系统可以控制正在制造的设备的精细细节。该系统能够非常精确地使用蜡进行打印。在制造设备时,蜡被用作支撑材料,在物体内部创建空腔或复杂的通道网络,蜡被打印在结构下方。完成后,物体被加热,蜡熔化并排出,在整个物体上留下开放的通道。


研究人员已使用硫醇基材料和蜡制造了几种现有的3D打印系统几乎无法制造的复杂设备,包括一种功能性的、肌腱驱动的机器人手、可以感知并抓住物体的六足步行机器人、具有集成心室和人造心脏瓣膜的类心泵。新技术可引入许多以前无法用于3D打印的全新材料系列。研究团队正考虑使用该系统打印水凝胶以及硅材料、环氧树脂和特殊类型的耐用聚合物。未来还将探索新的应用领域,例如打印可定制的医疗设备、半导体抛光垫,甚至更复杂的机器人。


该项目已实现小规模试生产,外方希望以投资方式开展合作。


            
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