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吹塑技術(shù)可以制造具有大容積、輕重量和復(fù)雜曲面結(jié)構(gòu)的空心制品，被廣泛用于大規(guī)模生產(chǎn)塑料制品。吹塑基本上是一種將可塑的中空材料（稱為制管）吹氣成目標(biāo)形狀的方法，可以通過手工成型或預(yù)設(shè)計(jì)的模具進(jìn)行控制。此外，充氣膨脹的速度非常快，除非使用模具，否則塑造特定的形狀對(duì)于操作人員的技巧和經(jīng)驗(yàn)有較高的要求。近年來，藝術(shù)家們利用數(shù)字工具進(jìn)行定制吹塑產(chǎn)品的實(shí)驗(yàn)。然而，對(duì)于控制形狀變化的探索有限，限制了其個(gè)性化和民主化。
浙江大學(xué)王冠云教授團(tuán)隊(duì)基于先前工作形狀變化原理，提出了一種新型的PneuFab吹塑技術(shù)，旨在克服相關(guān)問題并且實(shí)現(xiàn)民主化的制造過程。通過FDM 3D打印定制結(jié)構(gòu)和時(shí)間觸發(fā)方法實(shí)現(xiàn)，使普通用戶可以通過吹氣簡單的FDM 3D打印熱塑性結(jié)構(gòu)來設(shè)計(jì)和創(chuàng)建中空體積形狀變化。
新穎且低成本的混合制造工藝
PneuFab 是一種新穎且低成本的混合制造工作流程，它利用了氣體壓力和柔性材料的特性來實(shí)現(xiàn)3D打印結(jié)構(gòu)，并在其中嵌入各種電子元件和傳感器。相對(duì)于傳統(tǒng)的制造工藝，PneuFab 能夠大大降低成本和時(shí)間，同時(shí)也能夠獲得更高的靈活性和精度。氣囊可以定制化，PneuFab可以為不同的應(yīng)用場景設(shè)計(jì)不同的氣囊結(jié)構(gòu)，以滿足不同的需求。
由于充氣結(jié)構(gòu)是內(nèi)部構(gòu)建的，因此它們對(duì)產(chǎn)品的外觀沒有任何影響，以滿足客戶在外觀上的要求。這是一種非常優(yōu)秀的解決方案，通過使用3D打印和充氣結(jié)構(gòu)，PneuFab創(chuàng)建了高度定制化，強(qiáng)度和美觀的吹塑工件。
兼具美學(xué)與機(jī)械性能的3D打印充氣結(jié)構(gòu)
PneuFab新型充氣結(jié)構(gòu)使用Raise3D E2 3D打印機(jī)來生產(chǎn)，能夠幫助設(shè)計(jì)人員在一些吹塑制品上實(shí)現(xiàn)更高的制造效率和生產(chǎn)質(zhì)量。Raise3D E2打印機(jī)的優(yōu)勢在于它的高打印精度和穩(wěn)定的打印性能，它可以準(zhǔn)確打印出高質(zhì)量模型，并且能保證打印的樣件表面光滑細(xì)膩。作為一種基于3D打印的柔性生產(chǎn)模式，E2還可以輕松實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)工藝無法加工出的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，這使設(shè)計(jì)師可以在自由地進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)的同時(shí)還能保證高質(zhì)量生產(chǎn)，使其成為生產(chǎn)這種復(fù)雜結(jié)構(gòu)的理想工具。
在其制作過程中，Raise3D E2默認(rèn)噴嘴直徑為0.4mm制造設(shè)計(jì)的熱塑性胚，可替換為0.2、0.6、0.8和1.0mm，根據(jù)打印尺寸和精度需求，選擇合適的噴嘴，更換便捷。使用E2常用的ideaMaker切片軟件生成打印文件。由于所有樣品的數(shù)字模型都是薄壁空心的，為了保證打印件的密封性，將擠出率設(shè)置為95％，填充率設(shè)置為100％，其余為默認(rèn)打印參數(shù)，以避免潛在的間隙和漏氣，特別是在打印需要填充的較大尺寸物體時(shí)。
在選擇材料時(shí)，浙大研究團(tuán)隊(duì)調(diào)查了FDM 3D打印常用且易得的熱塑性彈性體:PLA和ABS。由于兩種熱塑性塑料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度不同，因此打印的準(zhǔn)備工作會(huì)有所不同。這是因?yàn)樾枰紤]物質(zhì)發(fā)生熱力學(xué)轉(zhuǎn)變的溫度范圍。就 PLA 而言，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度范圍在60–100℃之間，而ABS 則在105–200℃之間。這決定了切片機(jī)中設(shè)置的參數(shù)以及加熱3D打印機(jī)并達(dá)到所需溫度需要的時(shí)間。同時(shí)，必須正確設(shè)置制造過程的變量，包括打印平臺(tái)和打印頭。ABS需要較高的打印床溫度，約為 80-110℃，而 PLA 通常為 60℃。就擠出機(jī)而言，PLA 還需要較低的溫度，特別是 180-230°C 左右，而 ABS 需要 210-250°C。
在考慮玻璃轉(zhuǎn)變溫度的影響后，研究人員最終決定選擇PLA為打印材料。PLA（聚乳酸) 是一種無毒的，生物基熱塑性高分子材料，具有優(yōu)異的生物可降解性。Raise3D Premium PLA 耗材具有多種顏色可選，具有出色的表面光潔度。在打印時(shí)會(huì)保持其形狀且很少翹曲，有時(shí)不需要加熱底板即可使用，是打印高精度打印部件和美學(xué)細(xì)節(jié)模型的首選，更適用于注射、拉伸、擠出、吹塑、3D打印等價(jià)格工藝。
PneuFab吹塑技術(shù)的出現(xiàn)，豐富了吹塑成型的設(shè)計(jì)空間，使得設(shè)計(jì)師們可以更加靈活地利用數(shù)字技術(shù)制造出具有復(fù)雜幾何形狀和可調(diào)剛度的工件。在這個(gè)數(shù)字化時(shí)代，數(shù)字工藝的發(fā)展已經(jīng)使得工藝技術(shù)實(shí)現(xiàn)民主化成為可能，也更大程度地促進(jìn)了工業(yè)和創(chuàng)意領(lǐng)域的快速發(fā)展。
