ラトガース大学が「より高速で、より正確な」FFF 3D 印刷方法を開発 - マルチノズルフュージョン製造

2022年8月3日、アンタークティックベアは、ラトガース大学の研究者が最近の研究で「より高速でより正確な」FFF3D印刷プロセスを開発したことを知りました。マルチノズル熱溶解フィラメント製造 (MF3) と呼ばれるこの方法では、従来の FDM で使用されていた単一の大型ノズルではなく、単一のマシンフレームと一連の小型ノズルが使用されます。

材料押し出し積層造形 (MatEx) の短い構築時間は、工業規模で大型部品や大量バッチを経済的に印刷するための鍵となります。一般的な解決策は、ジオメトリ解像度の低下と後処理の無駄の増加を犠牲にして、大きな道路を印刷することです。業界には、複数のプリントヘッドを使用して部品の異なる部分を同時に印刷する並列代替手段もありますが、このプロセスは、形状の複雑さ、高コスト、および機械設計の複雑さという制限があります。
ラトガース大学の研究者たちは、マルチノズルパターンを採用することで、他の 3D 印刷方法に比べてわずかなコストで、大きく複雑な部品を 3D 印刷できるようになりました。さらに、この方法のハイライトは、印刷時間を大幅に短縮できるだけでなく、印刷解像度と部品サイズを増やすこともできることです。
MF3 印刷プロセスに関する研究は、Jeremy Cleeman、Alex Bogut らによる「スケーラブルで柔軟かつ弾力性のある溶融フィラメント製造の並列化: 材料押し出し積層造形における固有のトレードオフの打破」と題する論文として、Additive Manufacturing 誌に掲載されました。

関連論文リンク: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2214860422003232
研究者らは、MF3 テクノロジーは、各押出機の動きを個別に制御することなく、複数の FFF 押出機で同時に印刷することで機能すると説明しています。これは、「連続フィラメントの収縮と前進に関する当社の研究結果に基づいた新しいツールパス戦略を使用することで」達成されました。
△ MF3のワークフローと印刷結果の概念図（画像提供：ラトガース大学）
MF3 プロセスにおけるソフトウェアの重要性<br /> この新しい MF3 プロセスの成功の鍵の 1 つは、その背後にある制御ソフトウェアです。研究者らは、ガントリーアームの動きを最適化するために独自のスライサーソフトウェアを開発しました。これは、研究者らが連続的なフィラメントの引き込みと前進で達成した画期的な進歩から生まれた印刷戦略です。さらに、このソフトウェアは、印刷中にどのノズルをオンまたはオフにすれば効率が最大になるかを検出できるため、最先端の並列化方法に制限されることなく、オペレーターは非周期的な 3D 構造、より大きな連続部品、複数のより小さな異なる部品、またはその両方の混合物を、同じマシンで前例のないスループットと解像度で印刷できます。このプロセスには、プリンターのダウンタイムが短縮されるという 2 つ目の潜在的な利点もあります。ノズルが詰まったり機能しなくなったりすると、ソフトウェアはそれをシャットダウンして他のノズルに集中することができます。対照的に、ノズルが 1 つしかないプリンターの場合、オペレーターにはマシンをシャットダウンするオプションしかありません。
さらに、これらの進歩により、研究者は、いわゆるスループットと解像度のトレードオフ、つまり 3D プリンターが材料を堆積できる速度と最終部品の解像度のバランスを取るという課題を克服できるようになります。これまで、ノズルの直径を大きくすると印刷速度は大幅に向上しますが、解像度は低くなるため、ユーザーはプリンターの機能選択に苦労してきました。一方、ノズルが小さいほど解像度が高くなり、より詳細な機能を実現できますが、処理速度は遅くなります。 MF3 プロセスでは、プリントヘッドによって部品のどの部分を同時に印刷するかを並列化することに重点を置くのではなく、ノズルの数を増やしてその使用方法を最適化することで、研究者はこの問題を完全に回避し、既存のコスト/形状の制約を考慮することなく、スループットと解像度のトレードオフを打破することができます。
△ 0.4mm径ノズルを使用したMF3プロトタイプで印刷された部品（画像提供：ラトガース大学）
「私たちが製造できる部品の強度と形状の可能性を理解するために、さらにテストを行う必要がありますが、これらの要素が存在する限り、これは業界にとってゲームチェンジャーになる可能性があると考えています」と、ラトガース大学工学部の研究者であり、MF3プロセス研究の主執筆者であるジェレミー・クリーマン氏は結論付けました。

ラトガース大学が「より高速で、より正確な」FFF 3D 印刷方法を開発 - マルチノズルフュージョン製造

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