जबकि 3डी प्रिंटिंग की लोकप्रियता में विस्फोट हुआ है, वस्तुओं को बनाने के लिए ये प्रिंटर जिन प्लास्टिक सामग्रियों का उपयोग करते हैं उनमें से कई को आसानी से पुनर्चक्रित नहीं किया जा सकता है।जबकि 3डी प्रिंटिंग में उपयोग के लिए नई टिकाऊ सामग्रियां उभर रही हैं, उन्हें अपनाना मुश्किल है क्योंकि 3डी प्रिंटर सेटिंग्स को प्रत्येक सामग्री के लिए समायोजित करने की आवश्यकता होती है, यह प्रक्रिया आम तौर पर हाथ से की जाती है।

किसी नई सामग्री को स्क्रैच से प्रिंट करने के लिए, आमतौर पर सॉफ़्टवेयर में 100 पैरामीटर सेट करने होते हैं जो यह नियंत्रित करते हैं कि प्रिंटर किसी ऑब्जेक्ट को बनाते समय सामग्री को कैसे बाहर निकालेगा।आम तौर पर उपयोग की जाने वाली सामग्री, जैसे बड़े पैमाने पर निर्मित पॉलिमर, ने मापदंडों के सेट स्थापित किए हैं जिन्हें कठिन, परीक्षण और त्रुटि प्रक्रियाओं के माध्यम से परिपूर्ण किया गया था।

लेकिन नवीकरणीय और के गुणपुनर्चक्रण योग्य सामग्रीउनकी संरचना के आधार पर व्यापक रूप से उतार-चढ़ाव हो सकता है, इसलिए निश्चित पैरामीटर सेट बनाना लगभग असंभव है।इस मामले में, उपयोगकर्ताओं को इन सभी मापदंडों को हाथ से तैयार करना होगा।

शोधकर्ताओं ने एक 3डी प्रिंटर विकसित करके इस समस्या से निपटा, जो स्वचालित रूप से किसी अज्ञात सामग्री के मापदंडों की पहचान कर सकता है।उनका पेपर हैप्रकाशितजर्नल मेंसामग्री और विनिर्माण नवाचार को एकीकृत करना.

एमआईटी के सेंटर फॉर बिट्स एंड एटम्स (सीबीए), यूएस नेशनल इंस्टीट्यूट ऑफ स्टैंडर्ड्स एंड टेक्नोलॉजी (एनआईएसटी), और नेशनल सेंटर फॉर साइंटिफिक रिसर्च इन ग्रीस (डेमोक्रिटोस) की एक सहयोगी टीम ने 3डी प्रिंटर के "हृदय" एक्सट्रूडर को संशोधित किया।, इसलिए यह किसी सामग्री की ताकतों और प्रवाह को माप सकता है।

20 मिनट के परीक्षण के माध्यम से एकत्र किए गए इन आंकड़ों को एक गणितीय फ़ंक्शन में डाला जाता है जिसका उपयोग स्वचालित रूप से प्रिंटिंग पैरामीटर उत्पन्न करने के लिए किया जाता है।इन मापदंडों को ऑफ-द-शेल्फ 3डी प्रिंटिंग सॉफ़्टवेयर में दर्ज किया जा सकता है और पहले कभी न देखी गई सामग्री के साथ प्रिंट करने के लिए उपयोग किया जा सकता है।

स्वचालित रूप से उत्पन्न पैरामीटर लगभग आधे पैरामीटर को प्रतिस्थापित कर सकते हैं जिन्हें आमतौर पर हाथ से ट्यून किया जाना चाहिए।अद्वितीय सामग्रियों के साथ परीक्षण प्रिंटों की एक श्रृंखला में, जिनमें कई शामिल हैंनवीकरणीय सामग्री, शोधकर्ताओं ने दिखाया कि उनकी विधि लगातार व्यवहार्य पैरामीटर उत्पन्न कर सकती है।

यह शोध एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग के पर्यावरणीय प्रभाव को कम करने में मदद कर सकता है, जो आम तौर पर गैर-पुनर्चक्रण योग्य पॉलिमर और जीवाश्म ईंधन से प्राप्त रेजिन पर निर्भर करता है।

"इस पेपर में, हम एक विधि प्रदर्शित करते हैं जो इन सभी दिलचस्प सामग्रियों को ले सकती है जो जैव-आधारित हैं और विभिन्न टिकाऊ स्रोतों से बनाई गई हैं और दिखाती हैं कि प्रिंटर स्वयं यह पता लगा सकता है कि उन सामग्रियों को कैसे प्रिंट किया जाए। लक्ष्य 3 डी प्रिंटिंग बनाना हैअधिक टिकाऊ,'' सीबीए का नेतृत्व करने वाले वरिष्ठ लेखक नील गेर्शेनफेल्ड कहते हैं।

उनके सह-लेखकों में पहले लेखक जेक रीड शामिल हैं जो सीबीए में स्नातक छात्र हैं जिन्होंने प्रिंटर विकास का नेतृत्व किया;जोनाथन सेप्पाला, एरासायनिक अभियंताएनआईएसटी के सामग्री विज्ञान और इंजीनियरिंग प्रभाग में;फ़िलिपोस टूर्लोमोसिस, एक पूर्व सीबीए पोस्टडॉक जो अब डेमोक्रिटोस में स्वायत्त विज्ञान प्रयोगशाला के प्रमुख हैं;जेम्स वॉरेन, जो एनआईएसटी में सामग्री जीनोम कार्यक्रम का नेतृत्व करते हैं;और निकोल बेकर, सीबीए में एक शोध सहायक।

भौतिक गुणों का स्थानांतरण

फ़्यूज्ड फिलामेंट फैब्रिकेशन (एफएफएफ) में, जिसका उपयोग अक्सर रैपिड प्रोटोटाइप में किया जाता है, पिघले हुए पॉलिमर को एक हिस्से के निर्माण के लिए परत-दर-परत गर्म नोजल के माध्यम से बाहर निकाला जाता है।सॉफ़्टवेयर, जिसे स्लाइसर कहा जाता है, मशीन को निर्देश प्रदान करता है, लेकिन स्लाइसर को किसी विशेष सामग्री के साथ काम करने के लिए कॉन्फ़िगर किया जाना चाहिए।

एफएफएफ 3डी प्रिंटर में नवीकरणीय या पुनर्नवीनीकरण सामग्री का उपयोग करना विशेष रूप से चुनौतीपूर्ण है क्योंकि इसमें बहुत सारे चर होते हैं जो सामग्री के गुणों को प्रभावित करते हैं।

उदाहरण के लिए, एक जैव-आधारित पॉलिमर या राल मौसम के आधार पर पौधों के विभिन्न मिश्रणों से बना हो सकता है।पुनर्चक्रित सामग्री के गुण भी पुनर्चक्रण के लिए उपलब्ध सामग्री के आधार पर व्यापक रूप से भिन्न होते हैं।

"'बैक टू द फ़्यूचर' में, एक 'मिस्टर फ़्यूज़न' ब्लेंडर है जहां डॉक्टर के पास जो कुछ भी होता है उसे ब्लेंडर में डाल देता है और यह काम करता है [डेलोरियन टाइम मशीन के लिए एक शक्ति स्रोत के रूप में]। यहाँ भी वही विचार है।आदर्श रूप से, प्लास्टिक रीसाइक्लिंग के साथ, आप जो कुछ भी आपके पास है उसे तोड़ सकते हैं और उसके साथ प्रिंट कर सकते हैं, लेकिन वर्तमान फ़ीड-फ़ॉरवर्ड सिस्टम के साथ, यह काम नहीं करेगा क्योंकि यदि प्रिंट के दौरान आपका फिलामेंट महत्वपूर्ण रूप से बदलता है, तो सब कुछ टूट जाएगा," रीड कहते हैं।

इन चुनौतियों से पार पाने के लिए, शोधकर्ताओं ने किसी भी अज्ञात सामग्री के लिए व्यवहार्य प्रक्रिया मापदंडों की स्वचालित रूप से पहचान करने के लिए एक 3डी प्रिंटर और वर्कफ़्लो विकसित किया।

उन्होंने एक 3डी प्रिंटर से शुरुआत की, जिसे उनकी लैब ने पहले विकसित किया था, जो डेटा कैप्चर कर सकता है और काम करते समय फीडबैक दे सकता है।शोधकर्ताओं ने मशीन के एक्सट्रूडर में तीन उपकरण जोड़े जो माप लेते हैं जिनका उपयोग मापदंडों की गणना के लिए किया जाता है।

एक लोड सेल प्रिंटिंग फिलामेंट पर डाले जा रहे दबाव को मापता है, जबकि एक फीड रेट सेंसर फिलामेंट की मोटाई और प्रिंटर के माध्यम से इसे फीड किए जाने की वास्तविक दर को मापता है।

वॉरेन कहते हैं, "माप, मॉडलिंग और विनिर्माण का यह संलयन एनआईएसटी और सीबीए के बीच सहयोग के केंद्र में है, क्योंकि हम जिसे 'कम्प्यूटेशनल मेट्रोलॉजी' कहते हैं, उसे विकसित करने के लिए काम करते हैं।"

इन मापों का उपयोग दो सबसे महत्वपूर्ण, फिर भी निर्धारित करने में कठिन, मुद्रण मापदंडों की गणना करने के लिए किया जा सकता है: प्रवाह दर और तापमान।मानक सॉफ़्टवेयर में सभी प्रिंट सेटिंग्स का लगभग आधा हिस्सा इन दो मापदंडों से संबंधित है।

डेटासेट प्राप्त करना

एक बार जब उनके पास नए उपकरण आ गए, तो शोधकर्ताओं ने 20 मिनट का एक परीक्षण विकसित किया जो विभिन्न प्रवाह दरों पर तापमान और दबाव रीडिंग की एक श्रृंखला उत्पन्न करता है।अनिवार्य रूप से, परीक्षण में प्रिंट नोजल को उसके सबसे गर्म तापमान पर सेट करना, सामग्री को एक निश्चित दर पर प्रवाहित करना और फिर हीटर को बंद करना शामिल है।

"यह पता लगाना वास्तव में कठिन था कि उस परीक्षण को कैसे कार्यान्वित किया जाए। एक्सट्रूडर की सीमाओं को खोजने का प्रयास करने का मतलब है कि आप एक्सट्रूडर का परीक्षण करते समय अक्सर उसे तोड़ देंगे। हीटर को बंद करने और बस निष्क्रिय रूप से करने की धारणामाप लेना 'अहा' क्षण था," पढ़ें कहते हैं।

इन आंकड़ों को एक फ़ंक्शन में दर्ज किया जाता है जो स्वचालित रूप से सापेक्ष तापमान और दबाव इनपुट के आधार पर सामग्री और मशीन कॉन्फ़िगरेशन के लिए वास्तविक पैरामीटर उत्पन्न करता है।फिर उपयोगकर्ता उन मापदंडों को 3डी प्रिंटिंग सॉफ्टवेयर में दर्ज कर सकता है और प्रिंटर के लिए निर्देश उत्पन्न कर सकता है।

छह अलग-अलग सामग्रियों के प्रयोगों में, जिनमें से कई जैव-आधारित थे, विधि ने स्वचालित रूप से व्यवहार्य पैरामीटर उत्पन्न किए जो लगातार एक जटिल वस्तु के सफल प्रिंट का नेतृत्व करते थे।

आगे बढ़ते हुए, शोधकर्ता इस प्रक्रिया को 3डी प्रिंटिंग सॉफ्टवेयर के साथ एकीकृत करने की योजना बना रहे हैं ताकि मापदंडों को मैन्युअल रूप से दर्ज करने की आवश्यकता न हो।इसके अलावा, वे हॉट एंड के थर्मोडायनामिक मॉडल को शामिल करके अपने वर्कफ़्लो को बढ़ाना चाहते हैं, जो कि का हिस्सा हैमुद्रकजो फिलामेंट को पिघला देता है।

यह सहयोग अब अधिक व्यापक रूप से कम्प्यूटेशनल मेट्रोलॉजी विकसित कर रहा है, जिसमें माप का आउटपुट केवल एक पैरामीटर के बजाय एक पूर्वानुमानित मॉडल है।शोधकर्ता इसे उन्नत विनिर्माण के अन्य क्षेत्रों के साथ-साथ मेट्रोलॉजी तक पहुंच बढ़ाने में भी लागू करेंगे।

"फ्यूज्ड फिलामेंट फैब्रिकेशन के लिए प्रक्रिया मापदंडों की स्वचालित पीढ़ी के लिए एक नई विधि विकसित करके, यह अध्ययन पुनर्नवीनीकरण और जैव-आधारित फिलामेंट्स के उपयोग के द्वार खोलता है जिनमें परिवर्तनशील और अज्ञात व्यवहार होते हैं। महत्वपूर्ण रूप से, यह डिजिटल विनिर्माण प्रौद्योगिकी की क्षमता को बढ़ाता हैस्थानीय रूप से प्राप्त टिकाऊ सामग्रियों का उपयोग करने के लिए, "चिली में सैंटियागो विश्वविद्यालय में प्रशासन और अर्थशास्त्र संकाय में एक एसोसिएट प्रोफेसर एलिसिया गार्मुलेविक्ज़ कहते हैं, जो इस काम में शामिल नहीं थे।

अधिक जानकारी:जेक रॉबर्ट रीड एट अल, फ़्यूज्ड फिलामेंट फैब्रिकेशन में पैरामीटर डिस्कवरी के लिए ऑनलाइन मापन,सामग्री और विनिर्माण नवाचार को एकीकृत करना(2024)।डीओआई: 10.1007/एस40192-024-00350-डब्ल्यू

यह कहानी एमआईटी न्यूज़ के सौजन्य से पुनः प्रकाशित की गई है (web.mit.edu/newsoffice/), एक लोकप्रिय साइट जो एमआईटी अनुसंधान, नवाचार और शिक्षण के बारे में समाचार कवर करती है।