15 년 2023 월 XNUMX 일 (나노 워크 뉴스) 3D 잉크젯 프린팅 시스템을 사용하면 엔지니어는 무거운 물체를 잡을 수 있을 만큼 강하면서도 인간과 안전하게 상호 작용할 수 있을 만큼 부드러운 로봇 그리퍼와 같이 부드럽고 견고한 구성 요소를 갖춘 하이브리드 구조를 제작할 수 있습니다. 이러한 복합 재료 3D 프린팅 시스템은 수천 개의 노즐을 사용하여 작은 레진 방울을 증착하고 스크레이퍼나 롤러로 매끄럽게 하고 UV 광선으로 경화시킵니다. 그러나 평활화 공정은 천천히 경화되는 수지를 찌그러뜨리거나 얼룩지게 하여 사용할 수 있는 재료 유형을 제한할 수 있습니다. MIT, MIT 스핀아웃 기업인 Inkbit, ETH Zurich의 연구원들은 훨씬 더 다양한 재료에 사용할 수 있는 새로운 3D 잉크젯 프린팅 시스템을 개발했습니다. 프린터는 컴퓨터 비전을 활용하여 3D 프린팅 표면을 자동으로 스캔하고 각 노즐이 도포하는 레진의 양을 실시간으로 조정하여 재료가 너무 많거나 적은 영역이 없도록 합니다.
이 렌더링은 새로운 프로세스를 사용하여 층별로 제작되는 로봇을 보여줍니다. 검은색 구체는 프린터가 사용하는 재료를 나타냅니다. 그런 다음 재료는 파란색으로 표시된 UV 광선에 의해 경화됩니다. 이미지 상단에는 절차를 스캔하고 그에 따라 조정하는 카메라가 있습니다. (이미지: Moritz Hocher) 수지를 매끄럽게 만드는 데 기계 부품이 필요하지 않기 때문에 이 비접촉식 시스템은 전통적으로 3D 프린팅에 사용되는 아크릴레이트보다 더 천천히 경화되는 재료와 함께 작동합니다. 일부 느리게 경화되는 재료 화학은 아크릴레이트에 비해 더 나은 탄력성, 내구성 또는 수명과 같은 향상된 성능을 제공할 수 있습니다. 또한 자동 시스템은 프린팅 프로세스를 중단하거나 느리게 하지 않고 조정을 수행하므로 이 프로덕션급 프린터는 동급의 660D 잉크젯 프린팅 시스템보다 약 3배 더 빠릅니다. 연구원들은 이 프린터를 사용하여 부드럽고 단단한 재료를 결합하는 복잡한 로봇 장치를 만들었습니다. 예를 들어, 그들은 인간의 손 모양을 하고 강화되었지만 유연한 힘줄 세트로 제어되는 완전히 3D 프린팅된 로봇 그리퍼를 만들었습니다.
연구원들은 인쇄 시스템을 사용하여 부드럽고 단단한 재료를 결합하는 복잡한 로봇 장치를 만들었습니다. 프린터에는 16,000개의 노즐이 있으므로 시스템은 제작되는 장치의 미세한 세부 사항을 제어할 수 있습니다. 이 렌더링은 프린터에서 절반만 제작된 개체를 보여줍니다. (연구원의 이미지 제공) “기하학적으로 여러 재료로 만들어진 원하는 거의 모든 것을 인쇄할 수 있습니다. 프린터로 보낼 수 있는 내용에는 제한이 거의 없으며, 실제로 얻을 수 있는 내용은 실제로 기능적이고 오래 지속됩니다.”라고 Katzschmann은 말합니다. 시스템이 제공하는 제어 수준을 통해 물체 내부에 구멍이나 복잡한 채널 네트워크를 만들기 위한 지지 재료로 사용되는 왁스를 사용하여 매우 정확하게 인쇄할 수 있습니다. 장치가 제작될 때 왁스는 구조 아래에 인쇄됩니다. 작업이 완료된 후 물체가 가열되어 왁스가 녹아 배수되어 물체 전체에 열린 채널이 남습니다. 실시간으로 각 노즐에 의해 도포되는 재료의 양을 자동으로 신속하게 조정할 수 있기 때문에 시스템은 수평을 유지하기 위해 인쇄 표면을 가로질러 기계 부품을 끌 필요가 없습니다. 이를 통해 프린터는 보다 점진적으로 경화되고 스크레이퍼로 인해 번지는 재료를 사용할 수 있습니다.
사진은 트레이에 진열된 다양한 3D 프린팅 개체를 흰색으로 보여줍니다. 물체는 로봇 손, 격자 구조로 만들어진 큐브, 생물학적 심장, 걷는 로봇입니다. (이미지 제공: 연구원) 팀은 또한 심실과 인공 심장 판막이 통합된 심장 모양의 펌프뿐만 아니라 비선형 재료 특성을 갖도록 프로그래밍할 수 있는 메타물질을 통해 이 기술을 선보였습니다. “이것은 시작에 불과합니다. 이 기술에 추가할 수 있는 새로운 유형의 재료가 엄청나게 많습니다. 이를 통해 이전에는 3D 프린팅에 사용할 수 없었던 완전히 새로운 재료군을 도입할 수 있게 되었습니다.”라고 Matusik은 말합니다. 연구원들은 현재 이 시스템을 사용하여 조직 공학 응용 분야에 사용되는 하이드로겔뿐만 아니라 실리콘 재료, 에폭시 및 특수 유형의 내구성 폴리머로 인쇄하는 방법을 검토하고 있습니다. 그들은 또한 맞춤형 의료 기기 인쇄, 반도체 연마 패드, 더욱 복잡한 로봇과 같은 새로운 응용 분야를 탐구하고 싶어합니다.
이 렌더링은 새로운 프로세스를 사용하여 층별로 제작되는 로봇을 보여줍니다. 검은색 구체는 프린터가 사용하는 재료를 나타냅니다. 그런 다음 재료는 파란색으로 표시된 UV 광선에 의해 경화됩니다. 이미지 상단에는 절차를 스캔하고 그에 따라 조정하는 카메라가 있습니다. (이미지: Moritz Hocher) 수지를 매끄럽게 만드는 데 기계 부품이 필요하지 않기 때문에 이 비접촉식 시스템은 전통적으로 3D 프린팅에 사용되는 아크릴레이트보다 더 천천히 경화되는 재료와 함께 작동합니다. 일부 느리게 경화되는 재료 화학은 아크릴레이트에 비해 더 나은 탄력성, 내구성 또는 수명과 같은 향상된 성능을 제공할 수 있습니다. 또한 자동 시스템은 프린팅 프로세스를 중단하거나 느리게 하지 않고 조정을 수행하므로 이 프로덕션급 프린터는 동급의 660D 잉크젯 프린팅 시스템보다 약 3배 더 빠릅니다. 연구원들은 이 프린터를 사용하여 부드럽고 단단한 재료를 결합하는 복잡한 로봇 장치를 만들었습니다. 예를 들어, 그들은 인간의 손 모양을 하고 강화되었지만 유연한 힘줄 세트로 제어되는 완전히 3D 프린팅된 로봇 그리퍼를 만들었습니다.
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“여기서 우리의 핵심 통찰력은 머신 비전 시스템과 완전히 활성화된 피드백 루프를 개발하는 것이었습니다. 이는 프린터에 눈과 두뇌가 부여된 것과 거의 같습니다. 눈은 인쇄되는 내용을 관찰하고 기계의 두뇌는 다음에 무엇을 인쇄해야 하는지 지시합니다.”라고 공동 교신 저자인 Wojciech Matusik은 말합니다. , MIT 컴퓨터 과학 및 인공 지능 연구소(CSAIL) 내 컴퓨터 설계 및 제작 그룹을 이끌고 있는 MIT 전기 공학 및 컴퓨터 과학 교수입니다. 그는 ETH 취리히의 박사 과정 학생인 수석 저자인 Thomas Buchner, 공동 교신 저자인 Robert Katzschmann PhD '18, ETH 취리히의 소프트 로봇 공학 연구소를 이끄는 로봇 공학 조교수와 함께 논문에 합류했습니다. ETH Zurich와 Inkbit의 다른 사람들도 마찬가지입니다. 이 연구는 오늘 자연 (“복합 시스템 및 로봇을 위한 비전 제어 분사”).무료로 연락하세요
이 논문은 연구원들이 3년에 출시한 MultiFab으로 알려진 저가형 다중 재료 2015D 프린터를 기반으로 합니다. 수천 개의 노즐을 활용하여 UV 경화된 수지의 작은 방울을 증착함으로써 MultiFab은 최대 3개의 고해상도 10D 프린팅을 가능하게 했습니다. 재료를 한번에. 이 새로운 프로젝트를 통해 연구원들은 더 복잡한 장치를 제작하는 데 사용할 수 있는 재료의 범위를 확장할 수 있는 비접촉식 프로세스를 모색했습니다. 그들은 16,000개의 높은 프레임 속도 카메라와 XNUMX개의 레이저를 활용하여 인쇄 표면을 빠르고 지속적으로 스캔하는 비전 제어 분사라는 기술을 개발했습니다. 카메라는 수천 개의 노즐이 작은 수지 방울을 증착하는 이미지를 캡처합니다. 컴퓨터 비전 시스템은 이미지를 고해상도 깊이 맵으로 변환합니다. 이 작업은 수행하는 데 XNUMX초도 걸리지 않습니다. 깊이 맵을 제작 중인 부품의 CAD(컴퓨터 지원 설계) 모델과 비교하고, 증착되는 수지의 양을 조정하여 최종 구조로 물체를 목표에 유지합니다. 자동화된 시스템은 개별 노즐을 조정할 수 있습니다. 프린터에는 XNUMX개의 노즐이 있으므로 시스템은 제작되는 장치의 미세한 세부 사항을 제어할 수 있습니다.
연구원들은 인쇄 시스템을 사용하여 부드럽고 단단한 재료를 결합하는 복잡한 로봇 장치를 만들었습니다. 프린터에는 16,000개의 노즐이 있으므로 시스템은 제작되는 장치의 미세한 세부 사항을 제어할 수 있습니다. 이 렌더링은 프린터에서 절반만 제작된 개체를 보여줍니다. (연구원의 이미지 제공) “기하학적으로 여러 재료로 만들어진 원하는 거의 모든 것을 인쇄할 수 있습니다. 프린터로 보낼 수 있는 내용에는 제한이 거의 없으며, 실제로 얻을 수 있는 내용은 실제로 기능적이고 오래 지속됩니다.”라고 Katzschmann은 말합니다. 시스템이 제공하는 제어 수준을 통해 물체 내부에 구멍이나 복잡한 채널 네트워크를 만들기 위한 지지 재료로 사용되는 왁스를 사용하여 매우 정확하게 인쇄할 수 있습니다. 장치가 제작될 때 왁스는 구조 아래에 인쇄됩니다. 작업이 완료된 후 물체가 가열되어 왁스가 녹아 배수되어 물체 전체에 열린 채널이 남습니다. 실시간으로 각 노즐에 의해 도포되는 재료의 양을 자동으로 신속하게 조정할 수 있기 때문에 시스템은 수평을 유지하기 위해 인쇄 표면을 가로질러 기계 부품을 끌 필요가 없습니다. 이를 통해 프린터는 보다 점진적으로 경화되고 스크레이퍼로 인해 번지는 재료를 사용할 수 있습니다.
우수한 재료
연구원들은 이 시스템을 사용하여 3D 프린팅에 사용되는 기존 아크릴 소재보다 경화 속도가 느린 티올 기반 소재로 프린팅했습니다. 그러나 티올 기반 소재는 더 탄력적이고 아크릴레이트만큼 쉽게 부서지지 않습니다. 또한 더 넓은 온도 범위에서 더 안정적인 경향이 있으며 햇빛에 노출될 때 빠르게 분해되지 않습니다. Katzschmann은 "이것은 실제 환경과 상호 작용해야 하는 로봇이나 시스템을 제작할 때 매우 중요한 속성입니다."라고 말합니다. 연구원들은 티올 기반 재료와 왁스를 사용하여 기존 3D 프린팅 시스템으로는 만들기가 거의 불가능한 여러 가지 복잡한 장치를 제작했습니다. 그 중 하나는 독립적으로 작동할 수 있는 힘줄 19개, 센서 패드가 있는 부드러운 손가락, 하중을 지탱하는 견고한 뼈를 갖춘 기능성 힘줄 구동 로봇 손을 제작한 것입니다. Buchner는 "우리는 또한 물체를 감지하고 잡을 수 있는 XNUMX개의 다리가 있는 보행 로봇을 생산했는데, 이는 부드럽고 단단한 재료의 기밀 인터페이스뿐만 아니라 구조 내부의 복잡한 채널을 생성하는 시스템 능력 덕분에 가능했습니다."라고 Buchner는 말합니다.
사진은 트레이에 진열된 다양한 3D 프린팅 개체를 흰색으로 보여줍니다. 물체는 로봇 손, 격자 구조로 만들어진 큐브, 생물학적 심장, 걷는 로봇입니다. (이미지 제공: 연구원) 팀은 또한 심실과 인공 심장 판막이 통합된 심장 모양의 펌프뿐만 아니라 비선형 재료 특성을 갖도록 프로그래밍할 수 있는 메타물질을 통해 이 기술을 선보였습니다. “이것은 시작에 불과합니다. 이 기술에 추가할 수 있는 새로운 유형의 재료가 엄청나게 많습니다. 이를 통해 이전에는 3D 프린팅에 사용할 수 없었던 완전히 새로운 재료군을 도입할 수 있게 되었습니다.”라고 Matusik은 말합니다. 연구원들은 현재 이 시스템을 사용하여 조직 공학 응용 분야에 사용되는 하이드로겔뿐만 아니라 실리콘 재료, 에폭시 및 특수 유형의 내구성 폴리머로 인쇄하는 방법을 검토하고 있습니다. 그들은 또한 맞춤형 의료 기기 인쇄, 반도체 연마 패드, 더욱 복잡한 로봇과 같은 새로운 응용 분야를 탐구하고 싶어합니다.
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- 출처: https://www.nanowerk.com/news2/gadget/newsid=64061.php
