Multimaterial Additiv Produksjon Åpner Dører for Intern Prototyping

Denne uken publiserte et team av forskere fra University of Missouri en studie i det vitenskapelige tidsskriftet Nature Communications som introduserte en ny metode for 3D‑printing av komplekse multimateriale‑enheter. Metoden utnytter lasere og direkte blekk‑skriving for å gi et nytt nivå av fleksibilitet for nye produktdesignere. Her er hva forskerne oppdaget og hvordan det kan revolusjonere flere industrier i de kommende årene.

Store Problemer med Multimaterial Additiv Produksjon

Å produsere varer som krever bruk av flere forskjellige materialer og prosesser har vært en av de største oppgavene ingeniører har forsøkt å løse siden de tidligste dagene av den industrielle revolusjonen. I dag er oppgaven fortsatt tidkrevende, kostbar og krever bruk av flere tredjepartsleverandører.

Kilde – University of Missouri

Foreløpig er 3D‑print‑industrien i en revolusjon. Det finnes nye teknikker, metoder og materialer som har forbedret brukervennligheten til disse enhetene. Imidlertid er disse enhetene begrenset i materialovergang og kapasiteter. Metoden introdusert av forskerne har potensial til å strømlinjeforme denne oppgaven til en enkelt printer som kan skrive ut plast, metall og halvledere med presisjon.

Sløsing

Produksjon av komplekse multimateriale‑produkter er ekstremt sløsende. Hvis det gjøres internt, må prosessene justeres for å møte begrensningene i lokalet og finansieringen. Hvis oppgaven outsources, påløper ekstra kostnader knyttet til frakt av produktet til ulike produsenter. Den alt-i-ett 3D‑print‑prosessen som forskerne foreslår, vil eliminere disse bekymringene og tilby en strømlinjeformet intern metode som kan maksimere effektiviteten.

Studie om Multimaterial Additiv Produksjon

Studien introduserer den friforme multimaterial‑monteringsprosessen (FMAP). FMAP integrerer en enkelt maskin for å utføre oppgaver som tidligere krevde flere produsenter. For å utføre oppgaven bruker printeren fused filament fabrication (FFF), direct ink writing (DIW) og freeform laser induction (FLI), som forbedrer utskriftskapasiteten på tvers av materialer.
I henhold til rapporten ble en spesialbygd 3‑dyse 3D‑printer konstruert. Den første dysen hadde som oppgave å tilføre filamentet. Den andre dysen brukte freeform laser induction (FLI) for å endre materialet i åpent rom. Den siste dysen introduserte deretter tilsetningsstoffer og andre funksjonelle materialer som trengtes for å fullføre enheten.

Test

Testingen inkluderte bruk av en polykarbonat‑variant for å lage komplekse enheter. Enhetene hadde funksjonelle materialer som var forhåndsdesignet og påført autonomt med høy presisjon. Totalt skapte forskerne en fungerende UV‑sensor, en 3D‑magnetisk enkoder, en kryssbjelke‑LED‑krets, en spenningssensor for multifunksjonelle fjærer, og kapasitanssensorer. Deres siste oppgave var den vanskeligste: en integrert mikrofluidisk reaktor med innebygd Joule‑varmer, som vanligvis brukes til nanomaterialsyntese.

Forskere

Studien ble utført ved University of Missouri. Den ble ledet av doktorgradsstudent Bujingda Zheng. I tillegg var Jian “Javen” Lin, førsteamanuensis i maskin- og romfartsingeniørfag, medleder på prosjektet. Finansieringen kom fra National Science Foundation (NSF) Advanced Manufacturing‑programmet og NSF I‑Corps.

Inspirasjoner

Da de ble intervjuet om prosjektet, svarte forskerne at de hentet inspirasjon fra naturen. De forklarte at naturen ikke sløser. Den utvikler seg for å integrere hver celle med et formål og en struktur. Målet deres er å anvende dette nivået av effektivitet på dagens produksjonsprosesser, redusere avfall samtidig som de driver innovasjon.

Fordeler med Multimaterial Additiv Produksjon

Det er flere fordeler som forskernes nye 3D‑print‑metode bringer til bordet. For det første reduserer den kostnadene ved å lage produkter. En enkelt maskin som kan produsere multimateriale, flerlags sensorer, kretskort og tekstiler, kan revolusjonere industrien. Når du legger til muligheten til å integrere elektroniske komponenter, åpner du døren for neste generasjons ingeniører til å skape fritt.

Bedre Prototyping

Disse alt-i-ett‑print‑enhetene vil gjøre det mulig for ingeniører å lage og teste prototyper mye raskere enn dagens metoder. En 3D‑printet enhet kan lages på timer eller dager i stedet for ukene som vanligvis kreves for å prototype nye enheter i dag. I fremtiden vil designere kunne skape uten å bekymre seg for prototypingsprosesser.
Enheten vil styrke intern FoU‑kapasitet for mange bedrifter globalt. Den reduserer produksjonstid, kostnader og forbedrer utrullingen av nye produkter til markedet. Som følge av dette får forskernes arbeid mye oppmerksomhet.

Applikasjoner for Multimaterial Additiv Produksjon

Det finnes mange applikasjoner for integrerte 3D‑printede enheter. Disse enhetene er enklere å lage. De utnytter automatiserte systemer som kan integrere AI for å forbedre kvalitetskontrollen. Her er noen lovende applikasjoner for denne teknologien som du kan se komme på markedet i de kommende årene.

Høykvalitets Naturlige Sensorer

Å overvåke naturen er en presis vitenskap som krever evnen til kontinuerlig å samle data uten å forstyrre økosystemet. For å utføre denne oppgaven har forskerne utviklet smarte metoder for å skjule sensurutstyret. Denne nye 3D‑print‑metoden vil gjøre det mulig å produsere naturlig utseende objekter som smelter perfekt inn i miljøet samtidig som de leverer sanntidsdata.

Smarte Maskiner

En annen applikasjon er å lage maskiner som kan føle. Integrering av temperatur‑ og trykksensorer i enheter vil gi et ekstra lag av persepsjon til disse enhetene. I fremtiden kan roboter bli mindre og mer smidige ved bruk av denne teknologien.

Bærbare Sensorer

Bærbare markedet vokser. Det er store investeringer innen fitness, militær og helsevesen. Bærbare enheter har funnet sin plass i å hjelpe folk med å komme seg etter helseproblemer. De gir sanntidsovervåkning og har blitt svært populære. Integreringen av 3D‑print‑funksjonalitet vil gjøre disse enhetene mindre og mer komfortable. Dermed kan de produseres for langvarig eller til og med permanent bruk.
Bærbare markedet er en raskt voksende sektor, med rapporter som spår at den vil nå 186,48 milliarder dollar i år. I tillegg forutsier analytikere at industrien vil vokse med en CAGR på 17,60 % og nå 493,26 milliarder dollar innen 2029. Å 3D‑print‑e disse enhetene kan gjøre dem mer tilgjengelige og billigere å produsere, noe som driver adopsjonen videre.

Roboter

Robotikk har mest å vinne på disse innovasjonene. 3D‑printede kretsløp og komplekse enheter kan redusere vekten i roboter. Enhver vektreduksjon gir mer kraft og batterilevetid for disse enhetene. Som følge av dette vil morgendagens roboter være lettere, raskere, smartere og mer smidige enn sine forgjengere. I tillegg kan de integrere 3D‑printere for å utføre selvreparasjoner i avsidesliggende områder.

Selskaper som kan Dra Nytte av Disse Funnen

3D‑print‑industrien fortsetter å vokse med innovasjoner som driver markedet i flere retninger. Merkbart er at mikrochip‑industrien for 3D‑print er en av de raskest voksende og mest suksessrike. Her er noen selskaper som kan integrere nye 3D‑print‑metoder for å forbedre sine produkter og effektivitet.

1. Qualcomm Incorporated

QCOM Prisdiagram

Qualcomm Incorporated (QCOM ) har vært en pioner innen telekommunikasjon og teknologimarkedet siden selskapet startet i 1985. Produsenten har gjort seg bemerket ved å lage avansert telekommunikasjonsutstyr og halvledere. De mest kjente produktene deres er CDMA/WCDMA‑ og Snapdragon‑prosessorene.
Qualcomm forblir en dominerende kraft i markedet. Dette San Diego‑baserte selskapet oppnådde en fortjeneste på 35,82 milliarder dollar i 2023. Selskapet blir sett på som en sterk «hold» på grunn av sin markedsposisjon og innovative produkter som snart lanseres. Å integrere den inkluderende 3D‑print‑prosessen for deres populære brikkesett vil øke inntektene og redusere avfall.

2. Monolithic Power Systems

MPWR Prisdiagram

Monolithic Power Systems, Inc. (MPWR ) er en annen børsnotert halvlederprodusent som anses som en pioner i markedet. Selskapet er basert i Washington, USA, og ble grunnlagt i 1997. I dag brukes produktene deres i ulike industrier, inkludert bil, industri, kommunikasjon, databehandling og lagring.
Monolithic Power Systems Inc. rapporterte en omsetning på 1,82 milliarder dollar i 2023. Det er verdt å merke seg at etterspørselen etter halvledere øker, noe som har fått mange til å vurdere dette selskapet som et smart tillegg til porteføljen. Å integrere den nye 3D‑print‑prosessen kan ytterligere forbedre forretningsmodellen deres, drive innovasjon og profitt.

Fremtiden for Multimaterial Additiv Produksjon

Fremtiden for 3D‑print‑markedet er lys. Disse enhetene er mer populære enn noen gang og er laget for å skrive ut alt fra metaller til medisiner. Her er et par andre spennende 3D‑print‑prosjekter som er verdt å merke seg.

Romtrykk

Det er én ting å skrive ut en enhet på jorden. Men det er en helt annen oppgave i en lav‑gravitasjons‑situasjon. Forskere testet nylig en ny 3D‑print‑prosess designet for å gjøre det mulig for disse enhetene å operere i rommet. Studien deres åpner døren for lengre romreiser og en fremtid hvor bærekraft er en hovedbekymring.

Medisintrykk

Fremtidige medisiner vil bli 3D‑printet på ditt lokale apotek. Det har vært nylige gjennombrudd i kvalitetskontrollmekanismene for disse enhetene. Snart vil 3D‑printede medisiner være mer nøyaktige og presise enn menneskeblandede alternativer, noe som åpner døren for mer effektiv distribusjon og personlig behandling.

Multimaterial Additiv Produksjon – Kommer Nærmere Sci-fi

Dette utviklingen bringer industrien nærmere sci‑fi med evnen til å skrive ut komplette elektronisk fungerende enheter som integrerer metall, plast og elektronikk. Denne kapasiteten vil gi markedet et nytt nivå av oppfinnsomhet og gi skapere frihet til å innovere. Som følge av dette kan du forvente mer dekning av denne enheten ettersom forskerne fortsetter å utforske dens muligheter.

Lær om andre kule produksjons prosjekter nå.