移动的3D打印平台如何减少浪费和成本

从消费类产品的定制组件到3D打印的牙科产品以及可以挽救生命的骨骼和医疗植入物，3-D打印有可能在广泛的领域内改变产品设计和制造。然而，该方法还产生大量昂贵且不可持续的废物，并且花费时间长，使得难以大规模实施3-D打印。

每个时间3-d打印机产生的自定义对象，特别是异常状产品，它也需要打印支撑印刷机架的平衡的对象作为由打印机产生层层，从而有助于保持其形状的完整性。但是，这些支撑物必须在打印后手动取下，这需要手工完成，并且可能导致形状不正确或表面粗糙。支撑物制成的材料通常无法重复使用，因此被丢弃，这加剧了3-D打印废料的问题。

USC维特比大学的Daniel J. Epstein工业和系统工程学系的研究人员首次创造了一种低成本的可重复使用的支撑方法，以减少3D打印机打印这些浪费的支撑物的需求，从而大大提高了成本效益和可持续性用于3D打印。

这项工作由工业和系统工程教授，博士学位的陈勇(Yong Chen)领导。学生杨旭，已经发表在《增材制造》上。

使用融合沉积建模(FDM)技术的传统3-D打印可直接在静态金属表面上逐层打印。相反，新的原型使用由可移动金属销钉制成的可编程，动态控制的表面来代替印刷的支架。随着打印机逐步构建产品，销钉会上升。陈说，对新原型的测试表明，它可以节省大约35%的用于打印物体的材料。

Chen说：“我与使用生物材料进行3D打印以构建组织或器官的生物医学医生一起工作。” “他们使用的许多材料非常昂贵-我们所说的是小瓶子，每个瓶子的价格在500美元到1000美元之间。”

“对于标准FDM打印机，材料成本约为每公斤50美元，但对于生物打印，则更是约为每克50美元。因此，如果我们可以节省用于印刷这些支撑件的材料的30%，那将是一笔巨大的成本节省用于生物医学目的的3D打印。” Chen说。

Chen说，除了材料浪费对环境和成本的影响外，使用支撑物的传统3D打印工艺也很耗时。

“当您进行3D打印复杂形状时，一半的时间用于构建所需的零件，另一半的时间用于构建支撑。因此，对于该系统，我们不会构建支撑因此，在打印时间方面，我们节省了大约40%。”

Chen说，过去开发的类似原型依赖于单个电动机来提升每个机械支架，从而导致能源密集型产品的购买成本也高得多，因此对于3D打印机而言并不划算。

“因此，如果您有100个活动销，并且每台电动机的成本约为10美元，则整个成本为1,000美元，此外还有25个控制100个不同电动机的控制板。整个成本将超过10,000美元。”

研究团队的新原型机是通过移动平台的单个电动机运行其每个单独的支撑架来工作的。该平台可同时举起多组金属销，从而使其成为具有成本效益的解决方案。根据产品设计，该程序的软件将告诉用户他们需要在平台的基础上添加一系列金属管的位置。然后，这些管的位置将确定哪些销将升高到定义的高度，以最好地支撑3D打印产品，同时还从打印支撑件中产生最少的浪费。在该过程结束时，可以轻松卸下销，而不会损坏产品。

Chen说，该系统还可以轻松地应用于大规模制造，例如在汽车，航空航天和游艇行业。

“人们已经在为大型汽车和船体以及诸如家具之类的消费产品制造FDM打印机。您可以想象，他们的制造时间确实很长-我们谈论的是一整天，” Chen说。“因此，如果您可以节省一半，那么您的制造时间可以减少到半天。使用我们的方法可以为这种类型的3D打印带来很多好处。”

陈说，该团队最近还申请了这项新技术的专利。该研究是由曾任南加州大学计算机科学与通信科学学院访问学生的王自奇和瑞士维特比大学的龚思宇共同撰写的。王紫棋曾是南加州大学计算机与通信科学学院的访问学生。

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