3D 打印机刚刚进行了重大环保升级（在实验室中）

一组国际研究人员开发出一种改进方法，可能有助于解决 3D 打印的聚合物问题。

对于快速原型设计工作，设计师通常会使用熔丝制造 (FFF) 3D 打印机。在这些机器中，使用加热喷嘴将熔融的聚合物层叠在一起。该过程由所谓的切片软件支持，该软件会告知设备制造特定所需产品所需的所有细节，例如温度、速度和流量，而不是一团无定形的凝结粘性物质。但切片机仅适用于可靠均匀的材料——这不会有太大问题，但大多数这些材料通常都是不可回收的塑料。

但由于麻省理工学院比特与原子中心 (CBA)、美国国家标准与技术研究所 (NIST) 以及希腊国家科学研究中心的工程师们的通力合作，只需进行少量的计算微调，现成的设备便可以实时分析、调整并成功利用以前无法识别的印刷材料，从而创造出更加环保的产品。

3D 打印机通常依赖不可持续的材料，但你不能简单地用可能更可持续的替代品替换这些聚合物。与人造聚合物不同，环保型聚合物含有各种成分的混合物，导致物理性质差异很大。例如，植物基聚合物会根据季节变化而变化，而可回收树脂则根据其原材料而波动。这些仍然可以使用，但设备的软件参数需要针对每个批次进行调整。考虑到 3D 打印机的编程通常包含多达 100 个可调参数，这使得可回收的解决方法很难推广。

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在《整合材料和制造创新》上发表的一项新研究中，工程师详细介绍了一种新设计的数学函数，该函数允许现成的 3D 打印机的挤出机软件使用多种材料 - 包括生物基聚合物、植物源树脂或其他可回收材料。

首先，研究人员采用了一台能够在工作时提供数据反馈的 3D 打印机，然后为其配备了三个新工具来测量各种因素，例如压力、细丝厚度和速度。安装完成后，团队进行了 20 分钟的测试，在此期间，这些仪器测量了不同的流速以及相关的温度和压力。经过反复试验，工程师们意识到最好的方法是将 3D 打印机喷嘴（也称为“热端”）的温度设置为最高，原因很明显。在这种情况下，热端的最高温度名副其实——290 摄氏度，约合 554 华氏度。然后，他们将其设置为以稳定的速率挤出细丝，关闭加热器，并让其运行。

“弄清楚如何让这个测试成功真的很难。试图找到挤出机的极限意味着你在测试时会经常损坏挤出机，”CBA 研究生兼研究第一作者 Jake Read 在周一的一份声明中说。“关闭加热器并被动进行测量的想法是‘啊哈’时刻。”

随后，Read 及其同事将从测试中收集到的信息输入到一个新的数学函数中，该函数可以根据材料自动计算可行的打印参数和机器设置。一旦获得这些参数和设置，团队只需将参数输入 3D 打印机软件，即可让其正常运行。

为了测试他们的系统，研究人员使用了六种不同的材料来 3D 打印一艘小型玩具拖船。即使包括来自藻类、木材和可持续聚乳酸的环保材料，工程师们报告称他们的小型模型船没有出现“任何故障”——尽管从美学角度来看，木材和藻类树脂确实使最终产品看起来相当粘稠。

但是，尽管新的改动可能还没有提供“与 FFF 打印相关的所有现象学和建模的完整解释”，但该团队相信该系统表明“即使是简单的方法与仪器硬件和将机器连接到切片机的工作流程相结合也可以获得有希望的结果。”
接下来，研究人员希望扩大他们的计算建模工作，并设计一种方法，使测试参数可以自动应用于 3D 打印机，而无需手动输入。与此同时，他们已经将机械和电路设计以及固件、框架和实验源代码发布在网上，供其他人亲自尝试。