Control de extrusión digital con doble activación para la impresión de alta fidelidad de polímeros

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales e ingeniería
• Fabricación aditiva
• Robótica y sistemas de control

Sus antecedentes:

• La escritura directa con tinta (DIW) es una técnica de fabricación aditiva versátil para la fabricación de estructuras funcionales.
• Los sistemas DIW actuales se enfrentan a limitaciones con materiales que exhiben propiedades reológicas heterogéneas o dependientes del tiempo.
• Abordar estas limitaciones es crucial para la expansión de las aplicaciones de DIW.

Objetivo del estudio:

• Introducir y validar un nuevo sistema de extrusión electropneumática de doble modo para las SAI adaptativas a la reología.
• Demostrar la capacidad del sistema para manejar diversas características de los materiales.
• Proporcionar un marco para aplicaciones DIW de alto rendimiento y múltiples boquillas.

Principales métodos:

• Desarrollo de una plataforma de extrusión electropneumática de doble modo que integra un cilindro neumático motorizado y un regulador de presión electropneumático.
• Implementación de un gemelo digital en tiempo real para la supervisión y el control del sistema.
• Evaluación del rendimiento del sistema a través de cinco características del material: homogeneidad, heterogeneidad, reología dependiente del tiempo, capacidad de autocurado y termoplasticidad.
• Utilizando control de corriente de retroalimentación, rampas de presión adaptativas y operación híbrida de velocidad y presión.

Principales resultados:

• El control de corriente de retroalimentación logró una variabilidad del ancho de línea de aproximadamente 2% y un tiempo de asentamiento inferior a 250 ms, incluso con un aumento de viscosidad de cuatro veces.
• Las rampas de presión adaptativas mantuvieron la variabilidad en o por debajo del 4% durante el curado del material.
• El funcionamiento híbrido velocidad-presión preservó la variabilidad en o por debajo del 4% y un error de geometría de poros por debajo del 4% en 20 capas.

Conclusiones:

• El sistema de extrusión electropneumática de doble modo desarrollado ofrece una solución robusta para la escritura con tinta directa adaptativa a la reología.
• El sistema demuestra mejoras significativas en la precisión y adaptabilidad para materiales complejos.
• Los hallazgos proporcionan directrices prácticas para la implementación de un control avanzado de DIW en entornos industriales.