Johns Hopkins építő- és rendszermérnökökből álló csapata új 3D nyomtatási módszert fejlesztett ki. Az új megoldás olyan fúvókát használ, amely a nyomtatási folyamat során megváltoztathatja méretét és alakját, ezzel feloldva a fix fúvókaátmérőjű, hagyományos 3D nyomtatók sebesség-felbontási kompromisszumát.
A kutatók azt állítják, hogy az új fúvóka, más néven AN3DP, a repülőgép-alkatrészektől és a puha elektronikai eszközökön át a szerkezeti elemekig sokféle eszköz nyomtatását fejlesztheti. A csapat munkája, a „Többléptékű 3D nyomtatás aktív fúvókaméret- és alakszabályozással” a Science Advancesben jelent meg.
„A hagyományos 3D nyomtatók fix átmérőjű fúvókákat használnak, amelyek korlátozzák a felbontást vagy a sebességet. A kisebb fúvókák javítják a felbontást, de lassítják a nyomtatást, míg a nagyobb fúvókák növelik a sebességet, de csökkentik a részletességet. Az AN3DP megoldás felülkerekedik ezen azáltal, hogy alkalmazkodik az egyes nyomtatandó elemek speciális követelményeihez, lehetővé téve a nagy felbontást és a gyorsabb nyomtatást egy munkafolyamatban.” – mondta Jochen Mueller, az egyik szerző, a Whiting School of Engineering Egyetem Építőipari és Rendszermérnöki Tanszékének adjunktusa, aki Seok Won Kangga, posztdoktori ösztöndíjassal dolgozott együtt a projekten.
Az emberi és állati visszahúzható markoló-mechanizmusok által ihletett AN3DP nyolc mozgatható csapot használ, amelyeket motorok vezérelnek, hogy megváltoztassák a fúvóka alakját és méretét. A csapokat egy rugalmas membrán köti össze, amely lehetővé teszi, hogy a fúvókából kilépő anyag egyenletes formát vegyen fel. A mérnökök szerint a mozgatható csapok és az elasztikus membrán együttesen rendkívül összetett szerkezetek pontos 3D nyomtatását teszik lehetővé.
"Ennek az adaptív fúvókának az egyik fő előnye, hogy képes csökkenteni a hagyományos 3D nyomtatásban gyakori "lépcsős" hatást" - mondta Mueller - „Ez a hatás, amely a népszerű Minecraft játék kockás figuráira emlékeztet, akkor jelentkezik, ha lejtős vagy ívelt felületeket nyomtatnak rögzített fúvókaméretekkel, ami kis, látható lépések sorozatát eredményezi, nem pedig sima felületet. A fúvóka alakjának és méretének a nyomtatási folyamat során történő beállításával simább, folyamatos felületeket hozhatunk létre, javítva a nyomtatott tárgyak általános minőségét.”
Míg az AN3DP két fő kihívást old meg a 3D nyomtatásban – a pontosságot és a sebességet –, ennek megvannak a maga hiányosságai – mondja a csapat. Például a jelenlegi fúvókakialakítás kézi összeszerelést és tisztítást igényel és csak egyetlen típusú additív gyártási folyamathoz használható. Mueller és Kang a design finomításával kívánja kezelni ezeket a korlátokat és praktikusabbá tenni a megoldást a széleskörű hazsnálathoz. Céljuk továbbá, hogy az AN3DP-t az elterjedtebb műanyagszál-olvasztásos 3D nyomtatás (FFF, FDM) számára adaptálják, amely kiterjesztené alkalmazását a mindennapi és ipari felhasználásra.
