Cofnijmy się do roku 1983, kiedy to Chuck Hull zaprezentował swój wynalazek – stereolitografię – przełomową metodę znaną dziś jako druk 3D. Przekształcając płynną żywicę w namacalne obiekty za pomocą laserów UV, Hull stworzył technologię, która zrewolucjonizowała branżę. Przenieśmy się do współczesności: druk 3D ewoluował od zwykłej nowinki do przełomowej technologii, która rewolucjonizuje różne branże. Niezależnie od tego, czy chodzi o projektowanie planów architektonicznych, wykonywanie protez na zamówienie, tworzenie skomplikowanych modeli potraw, czy nawet biodrukowanie organów – potencjał druku 3D wydaje się nieograniczony.
Nie wszystko jednak wygląda tak różowo. Rozwój druku 3D wiąże się z narastającym wyzwaniem środowiskowym, ponieważ większość drukarek 3D przeznaczonych dla konsumentów oraz drukarek przemysłowych wykorzystuje obecnie tworzywa sztuczne na bazie ropy naftowej. Istnieją co prawda biodegradowalne alternatywy lub filamenty z recyklingu, ale często nie spełniają one wymagań dotyczących trwałości i wytrzymałości niezbędnych do zastosowań nośnych lub konstrukcyjnych. W ten sposób pojawia się dylemat między zrównoważonym rozwojem a wydajnością – istotne wyzwanie, z którym zmagają się projektanci i inżynierowie.
Nie wszystko jednak stracone. Zespoły z Laboratorium Informatyki i Sztucznej Inteligencji MIT (CSAIL) oraz Instytutu Hasso Plattnera opracowały 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, doktorantka MIT i pionierka tego projektu, ma nadzieję, że technologia SustainaPrint zostanie w przyszłości wdrożona w produkcji przemysłowej i rozproszonej, zwłaszcza w miejscach, gdzie jakość i skład lokalnych materiałów są zróżnicowane. Podejście to ma na celu ograniczenie zużycia tworzyw sztucznych przy jednoczesnym zachowaniu wydajności poprzez stosowanie wytrzymałych materiałów wyłącznie tam, gdzie jest to absolutnie konieczne.
W trakcie badań naukowcy wykorzystali filament PolyTerra PLA firmy Polymaker jako materiał ekologiczny, wzmocniony standardowym lub wytrzymałym PLA firmy Ultimaker. Odkryli, że użycie zaledwie 20% tworzywa o wysokiej wytrzymałości pozwala przywrócić nawet 70% wytrzymałości w pełni wzmocnionego obiektu. Od stojaków na słuchawki i doniczek po pierścienie mechaniczne i belki – przetestowali różne przedmioty w trzech konfiguracjach, a wszystkie testy potwierdziły potencjalną skuteczność tej koncepcji.
Według Perroni-Scharf wyniki badań zespołu wskazują, że strategiczne połączenie różnych materiałów może w pewnych warunkach i przy określonych geometriach zapewnić lepsze wyniki niż konstrukcja wykonana z jednego materiału. Poprawę tych parametrów można prawdopodobnie przypisać lepszemu rozkładowi naprężeń oraz uniknięciu pęknięć kruchych, które często występują w przypadku materiałów o zbyt dużej sztywności.
W ramach dążenia do upowszechnienia metod oceny wytrzymałości zespół opracował również zestaw do samodzielnego przeprowadzania testów. To narzędzie, które można wydrukować na drukarce 3D i które wykorzystuje zwykłe artykuły gospodarstwa domowego do pomiaru wytrzymałości na rozciąganie i zginanie, zapewnia wyniki bardzo zbliżone do danych podawanych przez producentów, co czyni je cennym narzędziem zarówno dla użytkowników domowych, jak i małych producentów.
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.
Ta strona używa plików cookie.