다중 재료 3D 프린팅을 통해 제조업체는 다양한 색상과 다양한 질감을 갖춘 맞춤형 장치를 제작할 수 있습니다.그러나 기존 3D 프린터는 여러 노즐 사이를 전환해야 하고 종종 다른 재료를 증착하기 전에 하나의 재료를 폐기해야 하기 때문에 이 프로세스는 시간이 많이 걸리고 낭비적일 수 있습니다.

MIT와 델프트 공과대학(Delft University of Technology)의 연구원들은 이제 열 반응성 재료를 활용하여 한 단계에서 다양한 색상, 음영 및 질감을 가진 물체를 인쇄하는 보다 효율적이고 낭비가 적으며 고정밀 기술을 도입했습니다.

속도 조절 다림질이라고 불리는 그들의 방법은 이중 다림질을 사용합니다.대통 주둥이3D 프린터.첫 번째 노즐은 열에 반응하는 필라멘트를 증착하고 두 번째 노즐은 인쇄물 위를 통과하여 열을 사용하여 불투명도 또는 거칠기의 변화와 같은 특정 반응을 활성화합니다.

두 번째 노즐의 속도를 제어함으로써 연구원들은 재료를 특정 온도로 가열하여 열에 반응하는 필라멘트의 색상, 음영 및 거칠기를 미세 조정할 수 있습니다.중요한 점은 이 방법에는 하드웨어 수정이 필요하지 않다는 것입니다.

연구진은 속도에 따라 "다림질" 노즐이 재료에 전달하는 열의 양을 예측하는 모델을 개발했습니다.그들은 이 모델을 기반으로 사용했습니다.사용자 인터페이스색상, 음영 및 질감 사양을 달성하는 인쇄 지침을 자동으로 생성합니다.

속도 조절식 다림질을 사용하면 인쇄된 물체의 색상을 다양하게 하여 예술적 효과를 낼 수 있습니다.이 기술을 사용하면 손이 약한 사람들이 더 쉽게 잡을 수 있는 질감이 있는 손잡이를 만들 수도 있습니다.

"현재 우리는 몇 가지 잉크를 스마트하게 조합하여 다양한 색조와 질감을 생성하는 데스크톱 프린터를 보유하고 있습니다. 우리는 3D 프린터로 동일한 작업을 수행할 수 있기를 원합니다. 제한된 재료 세트를 사용하여3D 프린팅 물체의 특성이 훨씬 더 다양해졌습니다."라고 Mustafa Doäa Doäan Ph.D.는 말합니다.'24, 공동 저자종이속도 조절 다림질에 관한 것입니다.

이 프로젝트는 TU Delft의 조교수인 Zjenja Doubrovski와 MIT 전기 공학 및 컴퓨터 과학부(EECS)의 TIBCO 경력 개발 교수이자 MIT 컴퓨터 공학 회원인 Stefanie Mueller의 연구 그룹 간의 협력으로 이루어졌습니다.인공지능연구소(CSAIL).

Doäan은 TU Delft의 수석 저자인 Mehmet Ozdemir와 긴밀히 협력했습니다.MIT 기계공학 대학원생 Marwa AlAlawi;그리고 TU Delft의 Jose Martinez Castro가 있습니다.이 연구는 사용자 인터페이스 소프트웨어 및 기술에 관한 ACM 심포지엄에서 발표될 예정입니다.2024년 UIST)가 10월 13~16일 피츠버그에서 개최되었습니다.

온도를 제어하기 위한 변조 속도

연구원들은 단일 재료로 다중 속성 3D 프린팅을 달성하는 더 나은 방법을 모색하기 위해 프로젝트를 시작했습니다.열에 반응하는 필라멘트의 사용이 유망했지만 대부분의 기존 방법은 단일 노즐을 사용하여 인쇄 및 가열을 수행합니다.프린터는 항상 재료를 증착하기 전에 먼저 노즐을 원하는 목표 온도로 가열해야 합니다.

그러나 노즐을 가열하고 냉각시키는 작업은 시간이 오래 걸리고, 노즐 내부의 필라멘트가 온도가 높아질수록 열화될 위험이 있습니다.

이러한 문제를 방지하기 위해 팀은 하나의 노즐을 사용하여 재료를 인쇄한 다음 재가열만 하는 두 번째 빈 노즐로 활성화하는 다림질 기술을 개발했습니다.재료 반응을 유발하기 위해 온도를 조정하는 대신 연구원들은 두 번째 노즐의 온도를 일정하게 유지하고 인쇄물 위로 이동하는 속도를 변경하여 레이어 상단에 약간 닿았습니다.

"속도를 조절하면 다림질 중인 인쇄된 층이 다른 온도에 도달할 수 있습니다. 이는 불꽃 위로 손가락을 움직일 때 일어나는 일과 유사합니다. 빨리 움직이면 화상을 입지 않을 수 있지만,불꽃 위로 천천히 드래그하면 손가락의 온도가 더 높아집니다."라고 AlAlawi는 말합니다.

MIT 팀은 TU Delft 연구진과 협력하여 재료를 특정 온도로 가열하기 위해 두 번째 노즐이 얼마나 빨리 움직여야 하는지 예측하는 이론적 모델을 개발했습니다.

이 모델은 재료의 출력 온도와 열 반응 특성을 연관시켜 인쇄물에서 특정 색상, 음영 또는 질감을 구현하는 정확한 노즐 속도를 결정합니다.

AlAlawi는 "우리가 얻는 결과에 영향을 미칠 수 있는 많은 입력 사항이 있습니다. 우리는 매우 복잡한 것을 모델링하고 있지만 결과가 세밀한지 확인하고 싶습니다."라고 AlAlawi는 말합니다.

팀이 파고 들었습니다.과학 문헌모델에 내장된 고유한 재료 세트에 대한 적절한 열 전달 계수를 결정합니다.또한 팬이나 공기에 의해 발산될 수 있는 열 등 예측할 수 없는 다양한 변수와도 싸워야 했습니다.온도물체가 인쇄되는 방에서.

그들은 과학적 프로세스를 단순화하는 사용자 친화적인 인터페이스에 모델을 통합하여 제조업체의 3D 모델의 픽셀을 이중 노즐에 의해 물체가 인쇄되고 다림질되는 속도를 제어하는 ​​일련의 기계 명령으로 자동 변환했습니다.

더욱 빠르고 정밀한 제작

그들은 세 개의 열 반응 필라멘트를 사용하여 접근 방식을 테스트했습니다.첫 번째는 가열될 때 팽창하는 입자를 가진 발포 폴리머로, 다양한 색상, 반투명도 및 질감을 만들어냅니다.그들은 또한 나무 섬유로 채워진 필라멘트와 코르크 섬유로 채워진 필라멘트를 사용하여 실험했는데, 둘 다 탄화되어 점점 더 어두운 색조를 생성할 수 있습니다.

연구원들은 그들의 방법이 부분적으로 반투명한 물병과 같은 물체를 어떻게 생산할 수 있는지 보여주었습니다.물병을 만들기 위해 그들은 발포 폴리머를 낮은 속도로 다림질하여 불투명한 영역을 만들고 더 빠른 속도로 다림질하여 반투명한 영역을 만들었습니다.또한 그들은 라이더의 그립력을 향상시키기 위해 다양한 거칠기를 지닌 자전거 핸들을 제작하기 위해 발포 폴리머를 활용했습니다.

기존의 다중 재료 3D 프린팅을 사용하여 유사한 물체를 생산하려고 하면 훨씬 더 많은 시간이 걸리고 때로는 프린팅 프로세스에 시간이 추가되고 더 많은 에너지와 재료가 소비됩니다.또한, 속도 조절 다림질은 다른 방법으로는 달성할 수 없는 미세한 색상과 질감 그라데이션을 생성할 수 있습니다.

앞으로 연구원들은 플라스틱과 같은 다른 열 반응성 재료를 실험하기를 원합니다.그들은 또한 특정 재료의 기계적, 음향적 특성을 수정하기 위해 속도 조절 다림질의 사용을 탐구하기를 희망합니다.

이 이야기는 MIT News(web.mit.edu/newsoffice/)는 MIT 연구, 혁신 및 교육에 대한 뉴스를 다루는 인기 사이트입니다.