Bardziej ekologiczny sposób na drukowanie 3D mocniejszych materiałów

Wytyczanie zrównoważonej ścieżki dla druku 3D

Flashback to 1983, and Chuck Hull unveils his invention, stereolithography—a cutting-edge procedure known today as 3D printing. By turning liquid resin into tangible objects with the use of UV lasers, Hull brought an industry-disrupting technology to life. Fast forward to the present day, 3D printing has evolved from a mere novelty to a game changer, disrupting diverse industries. Whether it’s designing architectural blueprints, custom-making prosthetics, intricately modeling food, or even bioprinting organs, the potential for 3D printing seems endless.

But it’s not all rosy. The evolution of 3D printing is paired with an escalating environmental challenge, as most consumer-grade and industrial 3D printers currently rely on petroleum-based plastics. There are biodegradable alternatives or recycled filaments, but they often don’t meet the durability and resilience required for load-bearing or structural uses. Enter the struggle between sustainability and performance, a significant frontier that designers and engineers grapple with.

Poznaj SustainaPrint: Przyszłość ekologicznego druku 3D

However, not all hope is lost. Teams from MIT’s Computer Science and Artificial Intelligence Laboratory (CSAIL) and the Hasso Plattner Institute have developed SustainaPrintSustainaPrint to połączenie oprogramowania i sprzętu, które pozwala użytkownikom sprytnie łączyć wytrzymałe i ekologiczne filamenty. Zamiast wykorzystywać wysokowytrzymałe tworzywo sztuczne do drukowania całego obiektu, SustainaPrint wykorzystuje analizę elementów skończonych (MES) do wskazania miejsc podatnych na naprężenia i selektywnie wzmacnia je trwałymi materiałami.

Maxine Perroni-Scharf, MIT PhD student and the project’s trailblazer, hopes for SustainaPrint’s future integration in industrial and distributed manufacturing, especially in places with varied local material quality and composition. The approach seeks to reduce plastic consumption while maintaining performance by using robust material only where it’s strictly necessary.

During their trials, the researchers used Polymaker’s PolyTerra PLA as the sustainable filament, reinforced with Ultimaker’s standard or Tough PLA. They discovered that using only 20% of high-strength plastic can restore up to 70% of a fully reinforced object’s strength. From headphone stands and plant pots to mechanical rings and beams, they tested various items using three configurations, all proving the concept’s potential effectiveness.

Przyszłość zrównoważonego druku 3D

According to Perroni-Scharf, the team’s findings suggest that strategic mix-matching of materials might outperform single material composition under certain conditions and geometries. This improvement in performance can likely be accredited to better stress distribution and the avoidance of brittle failures common with overly rigid materials.

In a bid to democratize strength assessment, the team has also designed a DIY testing kit. The 3D-printable tool that uses ordinary household items to measure tensile and flexural strength, offers closely matched results with manufacturers’ data, making it a valuable resource for home users and small-scale producers.

Zespół SustainaPrint planuje zrobić krok naprzód i udostępnić zarówno oprogramowanie, jak i zestaw narzędzi testowych jako narzędzia typu open-source. Poza zastosowaniami przemysłowymi, SustainaPrint ma potencjał, aby być doskonałym zasobem w środowiskach edukacyjnych, gdzie studenci mogą być wprowadzani w koncepcje związane z materiałoznawstwem, inżynierią strukturalną i zrównoważonym projektowaniem w praktyczny i praktyczny sposób.

W miarę odkrywania nieograniczonego potencjału druku 3D, zespoły takie jak SustainaPrint torują drogę do przyszłości, w której przyjazne dla środowiska projektowanie nie będzie wiązało się z kompromisami w zakresie trwałości i wydajności.

Uznany przez Patricka Baudischa z Hasso Plattner Institute, projekt ten ma nadzieję wypełnić lukę między ideą recyklingu materiałów drukowanych w 3D a jej urzeczywistnieniem. Przedsięwzięcie zostało wsparte grantem Designing for Sustainability z programu badawczego MIT-HPI i zostanie zaprezentowane na sympozjum ACM na temat oprogramowania i technologii interfejsu użytkownika we wrześniu. Więcej szczegółów można znaleźć w oryginalnym komunikacie prasowym tutaj: MIT News.