能打印纖維復(fù)合結(jié)構(gòu)的3D打印機The Bug
3D打印社區(qū)的任何人都認定，3D打印技術(shù)是一個非常好的創(chuàng)新，正在改變著能想到的幾乎任何行業(yè)的生產(chǎn)制造工藝。雖然在很多的方面優(yōu)于傳統(tǒng)生產(chǎn)方式，但在幾個方面，它仍然比不上傳統(tǒng)的制造工藝。
比較明顯的是，大多數(shù)3D打印機采用的這種層-層制造的方法創(chuàng)建的結(jié)構(gòu)，沒有傳統(tǒng)方法制造的對象強度高，甚至不如在自然界中的復(fù)合結(jié)構(gòu)。一層疊加一層的結(jié)構(gòu)，可以輕松地構(gòu)建原型，但是其強如就如用膠帶把這些層捆綁在一起一樣。傳統(tǒng)的制造工藝，也包括纖維復(fù)合結(jié)構(gòu)（就像蜘蛛網(wǎng)，鳥巢或衣服），能夠把壓力均勻地進行分解，因此，這些結(jié)構(gòu)都更堅固、更靈活、更遠遠優(yōu)于3D打印。
看到這里，你可能會想：為什么3D打印機不能夠構(gòu)建復(fù)合結(jié)構(gòu)，而不是層結(jié)構(gòu)呢？幸運的是，這正是ITT學(xué)生Sebastian Morales正在致力于的工作，這是一個稱為“The Bug”（蟲子）的有趣的本科項目的一部分。雖然現(xiàn)在還不太能夠打印復(fù)雜的復(fù)合結(jié)構(gòu)，但他已經(jīng)做了一些精彩的工作，來探討這些技術(shù)。前一段時間，他在Instructables分享了他的有趣的結(jié)果。
正如他在博客中解釋說的，Morales想探索一種制造項目，該項目試圖仿效自然界的工藝過程。 “通過對于自然界的制造方式的觀察，我得到了靈感，創(chuàng)造了Bug，這是一個3D打印機，像機器人一樣，它可以使用復(fù)合纖維。纖維復(fù)合材料已經(jīng)存在了幾千年，現(xiàn)在，他們已經(jīng)演變成技術(shù)先進的材料，具有提供優(yōu)良的特性，如強度-重量比、彈性、絕緣能力等。”
首先，他的目標是避免使用分層的生產(chǎn)工藝。他認為，如果3D打印它能夠使用纖維復(fù)合材料打印，其潛力將大大增加。重要的是，像自然界中的重疊和多向結(jié)構(gòu)會具有更高的強度-重量比。
他著手構(gòu)建這種3D打印技術(shù)，測試各種打印機和材料后，他決定采用紫外線固化樹脂（SLA）工藝來進行復(fù)合結(jié)構(gòu)的打印，因為這種方式的固化速度足夠快，保持形狀以的同時能夠達到理想的效果。
至于3D打印機，他仍采用實驗室的設(shè)備。“認識到我是不會有足夠的時間來設(shè)計自己的CNC數(shù)控機床，我決定我應(yīng)該采用現(xiàn)有的設(shè)備。我在一些Repraps打印機上，如shapeoko等做了一些研究，在年底的圣誕節(jié)的時候，Matt Spenko博士捐助了一臺Fab at Home，這是幾年前一組學(xué)生制作的早期的3D打印機，之后就留在實驗室了“。
這成了他的實驗中使用The Bug 3D打印機。 “這臺機器是一個非常友好的雕刻蜘蛛。”，他開始更有效率地制作復(fù)合形狀，但是更大的挑戰(zhàn)會擺在他面前。
“一開始，我并沒有一種有效的方法來生成路徑，我不得不用手工來選擇這些點。出于這個原因我決定第一次打印應(yīng)該是一個簡單的三維鐘形曲線。 我把表面簡化成成一系列相交于一點的曲線，然后決定打印一下試試。”從上面可以看出這些結(jié)果。
此后，Morales開始研究生成復(fù)合的結(jié)構(gòu)的更復(fù)雜方法。使用用于創(chuàng)建圖形的應(yīng)用程序Processing 2，他能夠把3D模型轉(zhuǎn)換成復(fù)合結(jié)構(gòu)，并形成他的The Bug打印機可以進行打印的路徑。“它從一個非常混亂的隨機性轉(zhuǎn)換成流暢的有組織的隨機性，如果這樣可行，我覺得讓機器先打印一個網(wǎng)狀的支撐，然后在這些支撐上面進行打印，會有更好的效果。”
經(jīng)過試驗，Morales已經(jīng)能夠打印出來一些基本的復(fù)核結(jié)果，但是能夠進行優(yōu)于3D打印層層結(jié)果的堅固的復(fù)合結(jié)果還有很長的路要走，Morales的項目并沒有深入了，但是the Bug的確帶給我們一些新的切入點和可能性。
相對于層層疊加，復(fù)合結(jié)構(gòu)能夠提高3D打印的質(zhì)量嗎？如果有更進一步的研究來讓這種方法更加準確、經(jīng)濟地來進行高精度的打印，3D打印的發(fā)展無疑有了新的路徑。說不定“The Bug”就是3D打印技術(shù)稱為主流的制造工藝的關(guān)鍵呢！
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