الهندسة الميكانيكية والصناعية

قسم الهندسة الميكانيكية والصناعية

NSF MRI: طابعة ثلاثية الأبعاد ذات خاصية متغيرة


تلقت كلية Frank H. Dotterweich للهندسة بجامعة Texas A&M-Kingsville منحة قدرها 349,000 دولار أمريكي من مؤسسة العلوم الوطنية لشراء طابعة Stratasys Connex 500 متعددة المواد ثلاثية الأبعاد. 

عمل أعضاء هيئة التدريس في قسم الهندسة الميكانيكية ، Hong Zhou و Larry Peel ، مع أعضاء هيئة التدريس في أقسام الكيمياء وعلوم الكمبيوتر والكهرباء لتطوير مقترح هذه المنحة.

توفر هذه المنحة التمويل لاقتناء أداة تركيب مواد ذات خاصية متغيرة. مستوحاة من الطبيعة ، صممت المواد ذات الخصائص المتغيرة اختلافات تدريجية في التركيب والهيكل على الحجم ، مما أدى إلى تغييرات مقابلة في خصائص المواد. تقوم الأداة بتجميع المواد ذات الخصائص المتغيرة عن طريق الجمع المباشر بين مادتين مكونتين بتركيزات وهياكل محددة لتوفير الخصائص المطلوبة.

يتيح التصنيع المباشر للمواد ذات الخصائص المتغيرة فرصًا لتطوير أنظمة معقدة في عملية بناء واحدة ، مما يلغي قيود التصميم مع الحفاظ على الشكل والمظهر والوظائف الدقيقة. يوفر وسيلة لتطوير آليات متوافقة وهياكل ذكية ، وتنسيقات لأشباه الموصلات العضوية والموصلات الفائقة والأجهزة الإلكترونية العضوية الأخرى.

مواصفات جهاز Connex 500

أنواع المواد لـ Connex 500

مواصفات الخصائص المتغيرة (المواد الرقمية) لـ Connex 500

قائمة أولية بالمشاريع التي تستخدم ، أو ستستخدم ، أو يمكن أن تكون قد استخدمت CONNEX 500

ملاحظات: إلى جانب الإمكانات المدرجة في الاقتراح ، يمكن لـ Connex أيضًا طباعة قوالب حقن ثلاثية الأبعاد أو قوالب أخرى ذات درجة حرارة أعلى من مادة رقمية تشبه ABS. أيضًا ، القدرة على تعدد المواد بواحد واضح تجعل من السهل عمل نماذج طبية مختلفة.

يواصل هذا المشروع تطوير مشغلات العضلات المطاطية السابقة المصنعة رقميًا (DM-RMAs). أنتجت TAMUK DM-RMA السابقة القليل من القوة أو الانكماش وفشلت قبل الأوان بسبب ضعف خصائص المواد المرنة المطبوعة ثلاثية الأبعاد.

في العمل الحالي ، تسمح خيوط الضفيرة البيضاوية بجدران مشغل أرق ، ويتم تطوير عضلات مطبوعة ثلاثية الأبعاد مصقولة ومختلطة حيث يمكن استبدال اللدائن المرنة التقليدية ببعض اللدائن الرقمية. زاد أداء DM-RMA من خلال عملية التطوير التكرارية. 

مثال على RMA

جديلة من ABS-like.jpg

يهدف بحثه إلى تكرار وظيفة وحركة الفراشة ، بما في ذلك هيكل الجناح الأساسي ، والمحركات ، والجسم ، مع نقاط إرفاق الجناح ، وأدوات التحكم ، وتخزين الطاقة.

كانت المرحلة الأولى من البحث في ربيع هذا العام ، هي إنشاء هيكل متصل بجناح الفراشة والجسم باستخدام مواد مركبة مرنة. كان من المقرر طباعة قالب الجناح على Connex 500 من مادة رقمية تشبه ABS ، ولكن تعطل Connex ، لذلك تمت طباعته على مادة واحدة قديمة Objet30 ، من مادة لا تسمح بدرجات حرارة أعلى. 

ستقوم أبحاث المرحلة الثانية بتصنيع أجنحة الفراشة والمشغلات والجسم مباشرة من مواد رقمية مختلفة على Connex 500.

مثال على مركب الفراشة                       قالب الفراشة PVA

هذا العمل عبارة عن عرض توضيحي بسيط لقالب تم طباعته ثلاثية الأبعاد من مادة عاجية تشبه مادة ABS. بالإضافة إلى ذلك ، ستتم طباعة قوالب متعددة على كونيكس لصنع مشغلات متعددة الأجزاء بخصائص صلبة ومرنة وسيطة ، من اللدائن الحرارية المملوءة وغير المعبأة.

قوالب حقن مطبوعة ثلاثية الأبعاد

قام هذا الفريق بتصنيع عصا مركبة ومقبض لدورة تصنيع المواد المركبة. كان من المفترض أن يصنعوا القالب لمقبض قصبهم من مادة رقمية تشبه ABS ، لكن الماكينة لم تكن تعمل في ذلك الوقت ، لذلك تم صنع نموذج FDM ، وصب القالب.

  3 عصي مطبوعة

قام هذا الفريق بتصنيع إطار المروحية الرباعية من المواد المركبة باستخدام قالب CNC من الخشب. يمكن تصنيع الإطار من بلاستيك مقاوم للصدمات (Endur & Durus-white) على Connex ، إذا كان جاهزًا.

كوادكوبتر وعفن الخشب

قام هذا الفريق بطباعة إطار طائرة هليكوبتر RC من ABS على طابعة ثلاثية الأبعاد على غرار FDM. يمكن تصنيع الإطار من بلاستيك مقاوم للصدمات (Endur & Durus-white) على Connex ، إذا كان جاهزًا.

مثال على مروحية RC

قام هذا الفريق النشط بتصنيع نسختين من جسم الطائرة من مواد مركبة ، وكان بإمكانه توفير الوقت من خلال نسخ الطباعة ثلاثية الأبعاد لنموذج جسم الطائرة متعدد الألوان قبل تصنيع نسختهم النهائية.

مثال على طائرة SAE

كان لدى هذا الفريق الحائز على جائزة أجزاء كثيرة من سيارتهم ، ولكن واجه صعوبة في اتخاذ قرار بشأن التكوين النهائي. كان بإمكانهم توفير الوقت والجهد من خلال طباعة نماذج عمل ثلاثية الأبعاد لسيارة تعمل متعددة الألوان قبل تصنيع مركبتهم النهائية المغطاة بالصدف والألمنيوم.

مثال على نموذج ت

الطبية الحيوية وما يتصل بها

عظام القدم  الخلفية تظهر عظام اليد

 

أمثلة على المواد الرقمية (Verowhite و TangoBlackPlus مجتمعين)

مكعبات الهرم. jpg  طبع عملات جافلينا ومكعبات التروس

 

عناصر ممتعة وعناصر اختبار أخرى ، بما في ذلك جمجمة شفافة مجوفة مع ثقب وأسنان مرئية ، ومكعب تروس ملتوي ، وصورة لمارلين مونرو يتم إنتاجها عن طريق تغيير سمك المادة المطبوعة شبه الشفافة.

جمجمة شفافة بها ثقب ومكعب تروس