可编程耗材:使用FFF进行多色多材料3D打印且无需硬件升级

（aau讯 编辑 凌琦韵）时至如今，大多数人仍然对摒弃单色熔融长丝制造(FFF)而探索通常用于高端粘结剂喷射和喷墨技术的多色、多材料打印更感兴趣。虽然从历史上讲这是一项更具有挑战性和复杂的技术，但多色打印通常使用户可以使用附加硬件以获得。

一如既往，可访问性和可负担性是真正让新硬件、软件和材料流行起来的因素。考虑到这一点，德克萨斯农工大学计算机科学和工程系的一个研究团队与日本的研究人员合作开发了一个交互式的3D打印系统，使用一个打印头就可以使用多种颜色的多种材料进行3D打印，而且不需要任何硬件更新。

可编程耗材与现有的3D打印机一起工作，将多个线材段拼接成一根耗材。这个过程从简单地打印一根由不同的现有长丝组成的新长丝开始。这种新的多色、多材料的线材可以用来打印多色、多材料的物体。该技术将用于成本较低的FDM单喷嘴3D打印机，并如《ProgrammableFilament:用于多材料3D打印的打印耗材》中概述的那样，是“建立在计算分析和实验的基础上”。

ProgrammableFilament是一种新颖的3D打印技术，使用户可以使用FDM打印机对多种材料进行3D打印，而不需要修改任何硬件。

(从左到右)首先，用户生成一条包含多种材料的耗材，将其送入挤出机，然后3D打印出全彩的物体。

这可能会让很多人想起MosaicManufacturing在2018年发布的开源软件Palette技术，但研究人员解释说，他们是受到了Instructables用户DasMia的启发，她发明了一种细细的线状耗材:

“……我们扩展了这个概念，根据用户的规格，制造一种可编程的长丝，将不同材料的几个部分连接成一个单一的长丝(称为打印长丝)。我们证明了打印的长丝可以像传统的长丝一样使用，通过标准喷嘴挤压而成，不需要修改硬件。”

据了解，DasMia专注于生产一种非常棒的彩虹耗材，Mosaic在升级系统和依赖Canvas Hub的支持后，它为用户提供了多种创新的方式，而可编程耗材则旨在简化双打印之前遇到的挑战，减少颜色和材料在不同部分之间的转换和混合。他们的目标还在于为用户提供更多的选择，超越以往技术和方法的一些限制因素。这也逆转了更常见但效果不佳的技术，这些技术侧重于刷涂等后处理。通过对耗材进行预处理，打印机可以完成多面物品的制造工作。

耗材的打印程序:(a)打印开始于一种颜色，

(b)打印完成后暂停，允许用户更改材料。

(c-d) 3D打印机打印剩余的片段，避免与之前的片段发生碰撞，

(e)然后打印缝线来连接相邻的片段。

在将线段拼接在一起形成一条长丝后，就产生了一个长长的螺旋。作者声称，这可以像标准的3D打印耗材一样使用。然而，作为可编程的耗材，材料可以微调为所需的特性，如厚度、圆度等等。用户可以根据需要操作打印路径，确定打印段需要多少材料，以及螺旋的长度。

示例性的打印耗材和使用它打印的对象:(a)和(b)的层以相同的段长(200mm)打印，但出现不同的层数。

这个过程为用户提供了新的机会，从生产可定制材料的能力方面来说，耗材对未来的影响是巨大的。

研究人员解释说:“在未来的耗材供应链中，客户和制造商还可以密切合作，让制造商意识到大规模生产新材料的新需求的潜力。”

目前，关于此项研究工作的详细分析将在2020年10月20-23日举行的ACM UIST20会议上进行分享。