MIT CSAIL araştırmacıları, çevre dostu 3D baskıların yalnızca en zayıf bölgelerini güçlendiren ve daha az plastikle güçlü sonuçlar elde eden bir sistem olan SustainaPrint'i geliştirdi.

3B baskı, sıvı reçineyi ultraviyole lazerler kullanarak katı nesnelere dönüştüren bir teknik olan stereolitografinin öncüsü Chuck Hull tarafından 1983'te icat edilmesinden bu yana uzun bir yol kat etti. On yıllar içinde 3B yazıcılar, deneysel merak uyandırıcı araçlardan, özel protezlerden karmaşık gıda tasarımlarına, mimari modellere ve hatta işlevsel insan organlarına kadar her şeyi üretebilen araçlara dönüştü.

Ancak teknoloji olgunlaştıkça, çevresel ayak izini belirlemek giderek zorlaşıyor. Tüketici ve endüstriyel 3D baskının büyük çoğunluğu hâlâ petrol bazlı plastik filamentlere dayanıyor. Biyolojik olarak parçalanabilen veya geri dönüştürülmüş malzemelerden üretilen "daha çevre dostu" alternatifler mevcut olsa da, bunlar ciddi bir dezavantajla karşı karşıya: genellikle o kadar güçlü değiller. Bu çevre dostu filamentler, baskı altında kırılganlaşma eğiliminde olduklarından, mukavemetin en önemli olduğu yapısal uygulamalar veya yük taşıyan parçalar için uygun değiller.

Sürdürülebilirlik ile mekanik performans arasındaki bu denge, MIT Bilgisayar Bilimi ve Yapay Zeka Laboratuvarı (CSAIL) ve Hasso Plattner Enstitüsü'ndeki araştırmacıları şu soruyu sormaya yöneltti: Büyük ölçüde çevre dostu, ancak önemli noktalarda yine de güçlü nesneler inşa etmek mümkün mü?

Cevapları, kullanıcıların güçlü ve zayıf filamentleri stratejik olarak birleştirerek her ikisinden de en iyi şekilde yararlanmalarına yardımcı olmak üzere tasarlanmış yeni bir yazılım ve donanım araç seti olan SustainaPrint . Sistem, bir nesnenin tamamını yüksek performanslı plastikle basmak yerine, sonlu eleman analizi simülasyonları aracılığıyla bir modeli analiz eder, nesnenin en çok strese maruz kalma olasılığını tahmin eder ve ardından yalnızca bu bölgeleri daha güçlü malzemeyle güçlendirir. Parçanın geri kalanı daha çevre dostu ve daha zayıf filament kullanılarak basılabilir, bu da yapısal bütünlüğü korurken plastik kullanımını azaltır.

Projeyi sunan bir makalenin baş yazarı olan MIT doktora öğrencisi ve CSAIL araştırmacısı Maxine Perroni-Scharf, "Umuyoruz ki SustainaPrint, yerel malzeme stoklarının kalite ve bileşim açısından farklılık gösterebileceği endüstriyel ve dağıtık üretim ortamlarında bir gün kullanılabilir," diyor . "Bu durumlarda, test araç seti mevcut filamentlerin güvenilirliğini sağlamaya yardımcı olabilirken, yazılımın güçlendirme stratejisi de işlevsellikten ödün vermeden genel malzeme tüketimini azaltabilir."

Ekip, deneylerinde çevre dostu filament olarak Polymaker'ın PolyTerra PLA'sını, takviye olarak ise Ultimaker'ın standart veya Tough PLA'sını kullandı. %20 takviye eşiği kullanarak, az miktarda güçlü plastiğin bile uzun süre dayandığını gösterdiler. SustainaPrint, bu oranı kullanarak, tamamen yüksek performanslı plastikle basılmış bir nesnenin mukavemetinin %70'ine kadarını geri kazanmayı başardı.

Halkalar ve kirişler gibi basit mekanik şekillerden kulaklık standları, duvar askıları ve saksılar gibi daha işlevsel ev eşyalarına kadar düzinelerce nesne bastılar. Her nesne üç farklı şekilde basıldı: birincisi yalnızca çevre dostu filament kullanılarak, ikincisi yalnızca güçlü PLA kullanılarak ve ikincisi de hibrit SustainaPrint konfigürasyonuyla. Basılan parçalar daha sonra, her bir konfigürasyonun ne kadar kuvvete dayanabileceğini ölçmek için çekilerek, bükülerek veya başka bir şekilde kırılarak mekanik testlere tabi tutuldu.

Çoğu durumda, hibrit baskılar tam mukavemetli versiyonlar kadar iyi performans gösterdi. Örneğin, kubbe benzeri bir yapı içeren bir testte, hibrit versiyon, tamamen Dayanıklı PLA ile basılan versiyondan daha iyi performans gösterdi. Ekip, bunun, takviyeli versiyonun gerilimi daha eşit dağıtma ve bazen aşırı sertlikten kaynaklanan kırılganlığı önleme yeteneğinden kaynaklanabileceğine inanıyor.