Zespół badawczy czerpie korzyści z powszechnego drukowania 3D FFF do druku 4D z plastikowymi składanymi przedmiotami

Podczas gdy inne zespoły badawcze korzystały z bardziej unikalnych materiałów lub złożonych technologii przetwarzania w celu opracowania samoformujących się materiałów do druku 3D, naukowcy z HCII byli w stanie zrobić to samo z niedrogą, opartą na ekstruzji drukarką 3D - MakerBot Replicator 2X - korzystając z powszechnej wady FFF wypaczenia.

Podszewka Yao, dyrektor laboratorium Morphing Matter Lab i profesor nadzwyczajny w HCII, wyjaśniła: "Chcieliśmy zobaczyć, jak można więcej dokonać samodzielnego montażu demokratyczny - dostępny dla wielu użytkowników. "

Materiały składane samodzielnie są tańsze i szybsze w produkcji niż solidne obiekty drukowane w 3D. Oznacza to, że części niekrytyczne można zastąpić lub wyprodukować prototypy strukturami, które muszą jedynie przybliżać obiekt stały. Według Yao, składane przez nią same plastikowe przedmioty z nadrukiem z tworzywa sztucznego reprezentują pierwszy krok w kierunku stworzenia takich produktów jak formy łodzi z włókna szklanego za mniejsze pieniądze.

Wcześniej w tym tygodniu Yao zaprezentował badania grupy ich metoda, nazwana Thermorph, na konferencji poświęconej czynnikom ludzkim w systemach komputerowych (CHI 2018) w Montrealu. Współautorami artykułu zatytułowanego "Termopor: demokracjĘ ... 4D drukowanie materiałów samoformujĘ ... cych i interfejsów" sĘ ...: Byoungkwon An, Ye Tao, Jianzhe Gu, Tingyu Cheng, Xiang 'Anthony' Chen, Xiaoxiao Zhang, Wei Zhao, Youngwook Do , Shigeo Takahashi, Hsiang-Yun Wu, Teng Zhang i Yao.

Zgodnie z treścią artykułu, "Aby zademonstrować platformę Thermorph, zaprojektowaliśmy i wydrukowaliśmy złożone geometrie składające się na siebie (do 70 twarzy) , w tym 15 zakrzywionych geometrycznych prymitywów i 4 zakrzywione aplikacje, takie jak krzesła, uproszczony królik Stanforda i kwiaty. W porównaniu ze standardowym drukowaniem 3D, nasza metoda pozwala zaoszczędzić do 60% - 87% czasu drukowania dla wszystkich wybranych kształtów. "

Druk 3D FFF tworzy ciągły pas stopionego włókna termoplastycznego, który zawiera resztki naprężenie. Po ochłodzeniu materiału i usunięciu stresu, materiał kurczy się, co skutkuje zniekształconymi powierzchniami, krawędziami i irytacją użytkownika ... zwykle.

"Ludzie nienawidzą wypaczeń. Ale przyjęliśmy tę wadę i wykorzystaliśmy ją na naszą korzyść ", powiedział Yao.

Zespół, w skład którego wchodzą również członkowie Duke University, Zhejiang University, Syracuse University, Glodon Company Limited, University of Aizu i TU Wien kontrolują ten proces odkształcenia, zmieniając prędkość naw którym osadza się tworzywo termoplastyczne w celu utworzenia własnych obiektów składanych. Ponadto łączą one również materiały podobne do gumy, które są odporne na skurczenie i materiały podatne na odkształcenia.

Przedmioty są usuwane ze złoża wydruku jako twarde, płaskie tworzywo sztuczne. Ale po umieszczeniu w wodzie, która została wystarczająco podgrzana, aby była gumowata i miękka, ale niezbyt gorąca, aby ją stopić, materiały składają się na ustalone kształty.

Zespół musiał także wymyślić, jak zautomatyzować proces.

Yao powiedział: "Trudno wyobrazić sobie, że robi się to ręcznie."

Zamiast używać oprogramowania open source, naukowcy zastąpili go własnym kodem, który oblicza prędkość drukowania i wzory potrzebne do automatycznego uzyskania określonych kątów składania.

"Oprogramowanie oparte jest na nowej teorii składania krzywej, która przedstawia ruchy zakrzywione w obszarze pasmowym", powiedział An, partner w zakresie badań HCII. "Oprogramowanie oparte na tej teorii może skompilować dowolny dowolny kształt siatki 3D do skojarzonego arkusza termoplastycznego w kilka sekund bez interwencji człowieka."

Te pierwsze wydrukowane przykłady 4D są dość małe, ponieważ były tylko wykonane na stacjonarnej drukarce 3D. Ale zespół wierzy, że w przyszłości możliwe będzie drukowanie większych obiektów składających się na siebie.

Gu powiedział: "Wierzymy, że ogólny algorytm i istniejące systemy materiałowe powinny umożliwić nam ostateczne wykonanie dużego, silnego samosprężenia obiekty, takie jak krzesła, łodzie, a nawet satelity. "

Oprócz kadłubów łodzi, Yao mówi, że składane przez siebie plastikowe przedmioty mogą pewnego dnia doprowadzić do umeblowania, które jest spakowane na płasko, ale składa się do ostatecznego kształtu po wystawieniu na działanie ognia, a nawet płaskiego schronienia, które mogłyby się złożyć w słońcu.