Исследователи из Массачусетского технологического института разработали новую печатающую головку для 3D принтеров, которая может наносить материал на чрезвычайно высокой скорости, создавая объекты за считанные минуты вместо часов.

Все 3д принтеры ограничены тремя факторами: насколько быстро может печатать головка, когда она «проталкивает» материал через сопло; как быстро можно нагреть нить до расплавления и насколько быстро принтер может перемещать экструдер.

В MIT решили обойти все три ограничения, разработав новое устройство. Конструкция включает в себя нить с резьбовой поверхностью, которая входит в верхнюю часть печатающей головки между двумя роликами, удерживающими ее от скручивания. Затем она попадает в центр вращающейся гайки, которая поворачивается двигателем и имеет внутреннюю резьбу в соответствии с наружной резьбой на нити. Когда гайка поворачивается, она толкает нить в кварцевую камеру, окруженную золотой фольгой. Лазер многократно отражается от золотой фольги, нагревая материал. Затем нить входит в металлический блок, где её нагревают до температуры плавления и экструдируют.


Хоть это и звучит сложно, но данные решения позволяют печатать намного быстрее, чем стандартные 3D принтеры, в том числе и благодаря большему сцеплению. Типичные устройства также полагаются на теплопроводность между движущейся нитью и нагревательным блоком. Более высокая скорость подачи может не полностью расплавить нить, но предварительный нагрев лазером меняет дело. Тесты показали, что печатающая головка исследователей может передвигать по меньшей мере в два с половиной раза больше нити, чем обычные настольные машины, достигая увеличения скорости экструзии в 14 раз.


Поскольку скорость экструзии была очень высока, ребятам необходимо было найти способ увеличения скорости перемещения печатающей головки, чтобы она не отставала. Они спроектировали H-образное металлическое подвесное устройство с непрерывной лентой, которое перемещается вокруг шкивов, приводимых в действие двумя двигателями, установленными на неподвижной раме.

Исследователи напечатали один и тот же объект на своем решении и нескольких коммерческих моделях (треугольная призма высотой 20 мм). Для сопоставимого разрешения новый принтер показал скорость в 10 раз выше, чем аналоги.


Не обошлось и без проблем, например, высокая скорость печати привела к тому, что слои не полностью прилипали и искажались. Однако эти недостатки были решены путем направления контролируемого потока охлаждающего воздуха на вновь экструдированный материал. Ребята также работают над улучшением точности, координируя скорость экструзии и внедряя новые алгоритмы управления.

Прототип 3D принтера MIT будет стоить около 15 000 долларов, что делает его маловероятным кандидатом на замену большинства моделей настольных устройств. Однако он может быть конкурентоспособным в некоторых профессиональных приложениях.