W procesie druku 3D opartym na ekstruzji materiału przez dyszę o danej średnicy, napotykamy na trudności związane z konieczności pogodzenia dwóch konfliktujących ze sobą aspektów technologii, czyli rozdzielczości, wymagającej niewielkiej średnicy dyszy, a także wydajności, która wymaga dysz o większej średnicy. Ograniczenia wynikające z takich trudności są szczególnie wyraźne w przypadku druku złożonych struktur, zawierających zarówno drobne detale, jak i masywne segmenty.
Inżynierowie z Uniwersytetu Hopkinsa w Baltimore opracowali prototypową konstrukcję dyszy adaptacyjnej, umożliwiającą dynamiczną modyfikację średnicy i kształtu przekroju kanału wylotowego dyszy podczas druku. Technologię druku z dynamiczną kontrolą geometrii dyszy nazwano AN3DP (adaptive nozzle 3D printing).
W budowie dyszy zastosowano osiem przesuwających się niezależnie od siebie szpilek, napędzanych ścięgnami, rozmieszczonymi dookoła elastycznej, odpornej na działanie ciśnienia membrany. Dysza zwęża się ku ostremu końcowi, co ułatwia poruszanie się w ograniczonej przestrzeni precyzyjnych wydruków. Kontrola w czasie rzeczywistym szerokości i przekroju aplikowanego ściegu materiału umożliwia druk geometrii jak dotąd niedostępnych do uzyskania przy użyciu drukarek ekstruzyjnych i pozwala na osiągnięcie znacznie większej rozdzielczości i precyzji detali poprzez eliminację pustych przerw między ściegami i nierówności powierzchni.
Dyszę systemu AN3DP przystosowano do druku tuszem w technologii DIW (direct ink writing) przy użyciu różnorodnych materiałów, takich jak polimery, metale, ceramika, hydrożele i kompozyty, z różnymi wariantami polimeryzacji tuszu, np. przy użyciu lasera lub światła UV. W przyszłości planowane jest wyposażenie systemu w kontrolę temperatury, co umożliwi ekstruzję tworzyw termoplastycznych w postaci filamentu.
Won Kang S., Mueller J.: Multiscale 3D printing via active nozzle size and shape control, Sci. Adv. 10, eadn7772 (2024)
