MF3: schnelleres und präziseres FFF-Druckverfahren von Forschern entdeckt

In einer neuen Studie haben Forscher der Rutgers University ein angeblich viel schnelleres und genaueres FFF-3D-Druckverfahren entdeckt. Das Verfahren heißt Multiplexed Fused Filament Fabrication (MF3) und umfasst ein einziges Portal und eine Reihe kleiner Düsen anstelle einer einzigen großen Düse, wie sie traditionell bei FDM verwendet wird. Die Autoren sagen, dass sie dadurch in der Lage waren, große, komplexe Teile zu einem Bruchteil der Kosten anderer 3D-Druckverfahren zu drucken. Darüber hinaus zeichnet sich die Methode dadurch aus, dass sie nicht nur die Druckzeit erheblich verkürzt, sondern auch die Druckauflösung und die Teilegröße erhöht.

Das MF3-Druckverfahren wurde in der Forschungsarbeit „Scalable, flexible and resilient parallelisation of fused filament manufacturing: Breaking endemic trade-offs in material extrusion additive manufacturing“ veröffentlicht, die von Jeremy Cleeman, Alex Bogut, Brijesh Mangrolia, Adeline Ripberger, Kunal Kate, Qingze Zou und Rajiv Malhotra geschrieben wurde. Darin erklären die Forscher, dass die MF3-Technologie durch gleichzeitiges Drucken mit mehreren FFF-Extrudern funktioniert, ohne die Bewegungen jedes einzelnen Extruders zu steuern. Ermöglicht wird dies durch „den Einsatz einer neuen Werkzeugwegstrategie, die ihren Ursprung in unserer Entdeckung der Schrumpfung und des kontinuierlichen Filamentvorschubs hat.“

Beispiel für die Funktionsweise des MF3-Verfahrens und die daraus resultierenden Drucke (Bild: Rutgers University)

Die Bedeutung von Software für den MF3-Prozess

Einer der Schlüssel zum Erfolg des neuen MF3-Verfahrens ist die Software, die ihm zugrunde liegt. Die Forscher haben eine eigene Schneidesoftware entwickelt, um die Bewegung des Gantry-Arms zu optimieren. Darüber hinaus ist die Software in der Lage zu erkennen, welche Düsen ein- oder ausgeschaltet werden müssen, um die höchstmögliche Effizienz beim Drucken zu erreichen. Dies hat auch den Nebeneffekt, dass die Ausfallzeiten des Druckers verringert werden können. Wenn eine Düse verstopft ist oder nicht funktioniert, kann die Software sie abschalten und sich auf andere Düsen konzentrieren. Im Gegensatz dazu wäre es bei Druckern mit nur einer Düse erforderlich, das Gerät abzuschalten.

Darüber hinaus haben diese Fortschritte es den Forschern ermöglicht, den so genannten Kompromiss zwischen Durchsatz und Auflösung zu überwinden, d. h. die Geschwindigkeit, mit der ein 3D-Drucker Material aufträgt, und die Auflösung des fertigen Teils. Bislang hatten die Anwender damit zu kämpfen, dass Düsen mit größerem Durchmesser zwar einen schnelleren Druck, aber eine schlechtere Auflösung ermöglichen. Andererseits ermöglichen kleinere Düsen eine viel höhere Auflösung und die Möglichkeit, detaillierter zu arbeiten, aber der Prozess ist langsamer. Durch die Erhöhung der Anzahl der Düsen und die Optimierung ihres Einsatzes, anstatt sich auf die Parallelisierung zu konzentrieren, bei der die Druckköpfe gleichzeitig Abschnitte eines Teils drucken, hat das MF3-Verfahren es den Forschern ermöglicht, dieses Problem vollständig zu umgehen und den Zielkonflikt zwischen Durchsatz und Auflösung aufzulösen, ohne dabei die bestehenden Kosten-/Geometriebeschränkungen berücksichtigen zu müssen.

Mit dem MF3-Prototyp gedruckte Teile mit einer Düse von 0,4 mm Durchmesser (Bild: Rutgers University)

Jeremy Cleeman, Doktorand an der Rutgers School of Engineering und Hauptautor der Studie über das MF3-Verfahren, kommt zu folgendem Schluss: „Wir müssen noch mehr Tests durchführen, um die Festigkeit und das geometrische Potenzial der Teile zu verstehen, die wir herstellen können, aber solange diese Elemente vorhanden sind, glauben wir, dass dies ein entscheidender Fortschritt für die Industrie sein könnte.“

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