Non-Newtonian Ink Additive Manufacturing

Non-Newtonian Ink Additive Manufacturing

Non-Newtonian 잉크 프린팅은 적층 제조의 미래입니다. 추가적인 열은 필요하지 않습니다. 대신에 두꺼운 농도의 재료를 제작 플랫폼으로 배출하기 위해 펌프에 의존합니다. 그러나 다른 3D프린팅 방법과 마찬가지로 동일한 제품에 여러 잉크를 사용할 경우 문제가 발생합니다. 여러 개의 압출기를 사용하면 압출기의 전이와 관련된 고유의 부정확함이 수반됩니다. 해결책은 프로그램 가능한 방식으로 단일 프린터 헤드를 사용하는 것입니다. 이 예에서는 FLOW-3D를 사용하여 잉크를 프린팅하기 위해 two-ink microfluidic 프린트 헤드를 시뮬레이션한 것입니다.

Multi-material T-junction microfluidic printhead
Plots of volumetric flow rates set in the printhead and corresponding pressures in nozzle

프린터 헤드의 설정은 그림(a)에 나와 있습니다. 잉크의 점도는 변형률 비율에 따라 달라지므로, FLOW-3D를 사용하면 변형률-점도 곡선을 나타내는 표 형식으로 유체 특성을 지정할 수 있습니다. 그림(b)는 프린터 헤드의 양 끝에서 잉크의 유입 배출 속도에 대한 프로그램 가능한 제어를 보여줍니다. FLOW-3D에서는 정확한 경계 조건이 지정되었습니다. FLOW-3D의 Moving Objects모델은 지정된 속도로 프린팅 플랫폼의 이동을 시뮬레이션 합니다. 이 경우 설정 값은 2.65 mm/sec입니다. 정량적으로, 1600 micro-liter /min의 최대 방전 비율에 대해, 잉크의 액체 비율이 1에서 0으로 감소하는 거리가 1mm이내인 것으로 나타났습니다. 0.5mm 정도의 프린팅된 잉크 줄무늬가 완전히 변하는 것이 관찰됩니다. 이 값은 실험 결과와 일치합니다.

위의 애니메이션은 프로그래밍 방식으로 한 잉크에서 다른 잉크로 전환하는 과정을 보여줍니다. 파란 색에서 빨간 색 잉크로의 전환 길이는 1mm이내이며, 실험 결과에 따라 급격한 전환이 될 수 있습니다.

This study is based on the paper from James O. Hardin, Thomas J. Ober, Alexander D. Valentine, Jennifer A. Lewis. Microfluidic Printheads for Multimaterial 3D Printing of Viscoelastic Inks, 2015. Figures (a) and (b) have been extracted from this paper.

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