Για να εκτυπωθεί ένα αντικείμενο από την αρχή, πρέπει συνήθως να οριστούν μέσω λογισμικού έως και 100 παράμετροι ελέγχου του τρόπου με τον οποίο ο εκτυπωτής το κατασκευάζει. Τα συνήθη χρησιμοποιούμενα υλικά για εκτύπωση, όπως τα πολυμερή μαζικής κατασκευής, λειτουργούν βάσει ενός καθιερωμένου σετ παραμέτρων στο οποίο οι ερευνητές έχουν καταλήξει μετά από κουραστικές διαδικασίες δοκιμών και λάθους.
Ωστόσο, τα νέα βιώσιμα υλικά που προκύπτουν ποικίλλουν ευρέως ανάλογα με τη σύνθεσή τους, οπότε είναι σχεδόν αδύνατο να οριστούν σύνολα σταθερών παραμέτρων για το καθένα ξεχωριστά. Έτσι γενικά αυτά τα ανακυκλώσιμα υλικά είναι δύσκολα για χρήση στην τρισδιάστατη εκτύπωση, επειδή ο τρισδιάστατος εκτυπωτής πρέπει να ρυθμίζεται για να προσαρμόζεται σε κάθε υλικό, και αυτή είναι μια διαδικασία που γίνεται γενικά με το χέρι.
Το πρόβλημα αυτό απασχόλησε μια ομάδα ερευνητών από το MIT's Center for Bits and Atoms (CBA) του Τεχνολογικού Ινστιτούτου της Μασαχουσέτης (MIT), από το Εθνικό Ινστιτούτο Προτύπων και Τεχνολογίας των ΗΠΑ (NIST) και από το Εθνικό Κέντρο Έρευνας Φυσικών Επιστημών «Δημόκριτος» στην Ελλάδα και συγκεκριμένα από το νεοσύστατο «Εργαστήριο της Αυτόνομης Επιστήμης», οι οποίοι για να το αντιμετωπίσουν σκέφτηκαν να αναπτύξουν έναν τρισδιάστατο εκτυπωτή που να μπορεί να αναγνωρίζει αυτόματα τις ιδιότητες ενός άγνωστου υλικού που χρησιμοποιείται ως νήμα εκτύπωσης και να ορίζει μόνος του τις παραμέτρους λειτουργίας του.
Για να το καταφέρει αυτό η ομάδα τροποποίησε τον εξωθητήρα, την «καρδιά» δηλαδή, ενός 3D εκτυπωτή ώστε να μπορεί να μετρά τις δυνάμεις και τη ροή ενός υλικού.
«Τα δεδομένα του εκάστοτε υλικού συλλέγονται μέσω μιας δοκιμής 20 λεπτών και τροφοδοτούν μια μαθηματική συνάρτηση η οποία χρησιμοποιείται για τον αυτόματο καθορισμό παραμέτρων εκτύπωσης. Αυτές οι παράμετροι στη συνέχεια εισάγονται σε ένα λογισμικό και χρησιμοποιούνται για 3D εκτύπωση με αυτό το άγνωστο υλικό, παρέχοντας και τις οδηγίες για την εκτύπωση. Οι παράμετροι που ορίζονται αυτόματα μπορούν να μειώσουν στις μισές περίπου τις παραμέτρους που συνήθως πρέπει να ρυθμιστούν με το χέρι», εξηγεί ο Δρ Φίλιππος Τουρλομούσης, πρώην μεταδιδακτορικός ερευνητής στο CBA και συν-συγγραφέας (co-author) της δημοσιευμένης μελέτης, ο οποίος ηγείται της ερευνητικής ομάδας στο ΕΚΕΦΕ «Δημόκριτος» που συμμετείχε.
Σε μια σειρά δοκιμαστικών εκτυπώσεων με έξι διαφορετικά υλικά, αρκετά από τα οποία ήταν βιολογικά, η μέθοδος παρήγε αυτόματα βιώσιμες παραμέτρους οι οποίες οδήγησαν σταθερά σε επιτυχημένες τρισδιάστατες εκτυπώσεις ενός πολύπλοκου αντικειμένου.
Σύμφωνα με τους επιστήμονες, αυτή η μελέτη που δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Integrating Materials and Manufacturing Innovation, θα μπορούσε να συνεισφέρει στη μείωση των περιβαλλοντικών επιπτώσεων από την παραγωγή προσθέτων, η οποία συνήθως βασίζεται σε μη ανακυκλώσιμα πολυμερή και ρητίνες που προέρχονται από ορυκτά καύσιμα.
«Παρουσιάζουμε εδώ μια μέθοδο που επιδεικνύει πως ένας τρισδιάστατος εκτυπωτής μπορεί να αντιληφθεί βιολογικά υλικά προερχόμενα από διάφορες βιώσιμες πηγές και να εκτυπώσει με νήμα αυτά τα υλικά. Ο στόχος είναι να κάνουμε την τρισδιάστατη εκτύπωση πιο βιώσιμη», αναφέρει στον ιστότοπο του ΜΙΤ ο ανώτερος συγγραφέας της μελέτης Neil Gershenfeld, επικεφαλής του CBA.
Προχωρώντας προς τα εμπρός, οι ερευνητές σχεδιάζουν να ενσωματώσουν αυτή τη διαδικασία σε λογισμικό τρισδιάστατης εκτύπωσης, ώστε οι παράμετροι να μην χρειάζεται να ρυθμίζονται χειροκίνητα. Επιπλέον, θέλουν να βελτιώσουν τη ροή εργασίας τους ενσωματώνοντας ένα θερμοδυναμικό μοντέλο στο θερμό άκρο, το οποίο είναι το τμήμα του εκτυπωτή που λιώνει το νήμα που χρησιμοποιείται για την εκτύπωση.
«Ένας από τους κύριους ερευνητικούς στόχους του Εργαστηρίου της Αυτόνομης Επιστήμης στο ΕΚΕΦΕ «Δημόκριτος» είναι η επιτάχυνση της βελτιστοποίησης βιώσιμων υλικών χρησιμοποιώντας υβριδικά μοντέλα μηχανικής μάθησης και επιστημονικά όργανα χαμηλού κόστους», προσθέτει ο Δρ Φίλιππος Τουρλομούσης.
Με την ανάπτυξη μιας νέας μεθόδου για την αυτόματη ρύθμιση παραμέτρων διεργασίας για την κατασκευή λιωμένου νήματος, η συγκεκριμένη μελέτη ανοίγει την πόρτα στη χρήση ανακυκλωμένων και βιολογικών νημάτων που διαθέτουν ποικίλες μεταβλητές και άγνωστες συμπεριφορές. Είναι σημαντικό ότι αυτό ενισχύει τη δυνατότητα της ψηφιακής τεχνολογίας κατασκευής να χρησιμοποιεί τοπικά βιώσιμα υλικά.
