Швейцарские инженеры создали прототип 3D-принтера с наклоненной и поворотной печатающей головкой, позволяющей ему создавать предметы сложной формы с фрагментами, расположенными под большим углом, не используя поддерживающие структуры. Видео о разработке опубликовано на канале Цюрихского университета прикладных наук, а статья была представлена на конференции AMPA 2020.
Когда речь заходит о 3D-принтерах, как правило, подразумеваются FDM-принтеры, печатающие пластиком. Они создают объемный предмет, расплавляя полимерную нить и нанося расплав сначала на печатающий столик, а затем на предыдущие слои. Во время печати принтер двигает печатающую головку в одной плоскости, создавая слой, а затем поднимает ее (или опускает печатающий стол) и наносит сверху следующий слой. Этот метод зарекомендовал себя как простой и надежный, но он не лишен недостатков. Один из них заключается в том, что с его помощью сложно создавать выступы, то есть фрагменты, под которыми нет предыдущего слоя. В случае небольшого угла наклона такие структуры еще можно создать, но при повышении до примерно 65 градусов печать либо невозможна, либо в результате нее образуются фрагменты с сильными дефектами. Эта проблема обычно решается с помощью поддерживающих структур в виде тонких столбиков под выступающими частями. После печати их необходимо удалить, что, во-первых, требует времени и расходует часть материала впустую, а во-вторых, зачастую оставляет небольшие дефекты.
Инженеры из Цюрихского университета прикладных наук под руководством Михаэля Вютриха (Michael Wüthrich) разработали конструкцию 3D-принтера, способного поворачивать печатающую головку и благодаря этому печатать даже объекты с выступами, параллельными печатающему столику. Основная часть принтера имеет классическую конструкцию: печатающая головка может двигаться по вертикали и одному из горизонтальных направлений, а за второе горизонтальное направление отвечает подвижный печатающий столик. Однако сама печатающая головка установлена на поворотном подвесе и закреплена под углом 45 градусов к нему. Причем головка закреплена так, что при вращении ее конец остается на одном и том же месте.
Для того чтобы конструкция не была громоздкой, инженеры установили мотор для поворота головки в верхнюю часть, а также использовали полый вал для ее вращения, который одновременно используется как направляющая трубка для филаментной нити. Кроме того, разработчики модифицировали программное обеспечение принтера так, что он рассматривает модель не как набор параллельных плоских слоев, а как набор концентрических конусов или плоскостей, повернутых на 45 градусов:
Несмотря на это, авторы показали, что принтер может печатать не только предметы круглой формы, но и, например, с квадратным сечением:
Недавно мы рассказывали о новом методе американских инженеров, который позволил избавиться от поддерживающих структур при 3D-печати микрофлюидных каналов.
Григорий Копиев