MIT チームが印刷速度を 10 倍にする FDM 3D プリンターを開発

2018年12月10日、アンタークティックベアは海外メディアから、マサチューセッツ工科大学（MIT）のジェイミソン・ゴー教授とジョン・ハート教授が新しい3Dプリントプリンターを開発したことを知りました。その最大の特徴は、彼らが言うところのFast FFF（高速溶融フィラメント製造）を実現できることで、現在のFDM 3Dプリンターより10倍も高速です。
デスクトップ 3D プリンターは、高品質で複雑な部品をオンデマンドで作成するのに最適ですが、最大の弱点は常に速度が遅いことです。一度に印刷できるのは 1 つのオブジェクト、一度に 1 つの薄い層だけです。 FDM/FFF 3D プリンターの速度を制限する主な要因は 4 つあります。ノズルに押し込まれるときにフィラメントに加わる力、フィラメントに熱が伝わる速さ、プリントヘッドがビルド領域内を移動する速さ、次の層をサポートする必要があるために押し出し後に材料が固まる速度です。
彼らは、他のほとんどの開発者と同様に、完成したモデルに空気を吹き込むことで硬化の問題を解決します。残りの障害にはさらなる創造性が必要でした。ワイヤーを押すときは、通常、ワイヤーを駆動ギアとアイドラーギアの間に通して行います。駆動ギアに張力がかかり、駆動ギアが回転すると、ギアがワイヤーに食い込んでワイヤーを押し下げます。ワイヤーの張力が強すぎると、駆動ギアがワイヤーに食い込み、プラスチックが堆積する前にグリップが失われます。一方、張力が弱すぎると、押し出し時に滑りや隙間が生じます。
ゴー氏とハート氏は、ワイヤーをネジ付きナットに通し、ネジ付きナットを使ってワイヤーを動かすことにしました。ナットがモーターによって（ベルトを介して）回転すると、ワイヤーが落ちます。ねじれ防止ローラーは、ナットを回したときにフィラメントがねじれるのを防ぎます。この押し出し方法は、一般的な駆動ギア配置よりも高速であるだけでなく、より正確でもあります。

レーザーを使用すると、ワイヤーを完全に溶かすほど急速に加熱するという問題が解決されます。石英の空洞には反射板が並べられており、ワイヤーがチャンバーを通過すると、レーザー光が内部で跳ね返り、ワイヤーが従来の加熱ブロックを通過する前に予熱されます。
最後に、Go 氏と Hart 氏は、ほとんどのデスクトップ 3D プリンターが高速に印刷すると発生する癖や波であるバックラッシュをほとんど発生させずに、プリントヘッドを迅速かつ正確に移動できるサーボ駆動の並列ガントリーシステムを設計しました。ここでは、斬新なソリューションではなく、主に重いフレームと強力なモーターを使用することで速度が達成されます。

この新型プリンターは、10万ドルの市販3Dプリンターを含む競合製品を速度テストで圧倒した。研究チームが製作した3Dプリンターの価格は1万5000ドルなので、すぐに市場に出る可能性は低い。この押し出し方法は 7 ～ 10 倍の速度で、1 時間あたり 127 立方センチメートルを生産します。印刷品質はもっと良くなる可能性があり、おそらくリトラクションとパスの設定を微調整することで改善される可能性がありますが、3D 印刷を実行できる速度を考慮すると、品質はまだ非常に良好です。
ハート氏はまた、ケンブリッジ大学の講師であるセバスチャン・パティンソン氏と協力し、セルロースを使った3Dプリント技術を実証した。セルロースは安価で再生可能であり、望ましい機械的特性を備えていますが、加熱すると分解する傾向があるため、セルロースを使用した 3D プリントは困難であることが判明しています。セルロースを酢酸で処理することでアセトンに溶解し、3Dプリンターで押し出すことに成功しました。アセトンは蒸発し（そして閉じ込められ）、セルロースアセテートだけが残ります。最後に水酸化ナトリウム浴を使用して酢酸塩を除去し、セルロース部分が得られます。二人は医療用ピンセットを3Dプリントし、さらにその3Dプリントに抗菌染料を注入して、細菌に対する耐性を95パーセントも高めた。

出典: 3ders

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