Svezia: miglioramento della risoluzione di scrittura nella stampa 3D elettro-idrodinamica
Nel recente pubblicato, ” Aumentare la risoluzione della scrittura per la stampa 3D elettro-idrodinamica: da Active Steering di e-jet “, l’autore Henrik Dan Bergman esplora le tecniche di fabbricazione nel regno microscopico per la sua tesi in Microsystems Technology all’Università svedese di Uppsala .
La stampa 3D elettroidrodinamica è al centro dell’attenzione, soprattutto grazie alla sua capacità di stampare con materiali termoplastici. Storicamente, tuttavia, ci sono state delle difficoltà con la risoluzione della scrittura a causa delle rigidità del processo di produzione. Bergman considera se sarebbe possibile migliorare la risoluzione di scrittura con un sistema di feedback a circuito chiuso.
Nonostante la quantità di studi dedicati a EHDP, anche il basso tasso di produzione è un problema. Per questa ricerca, Bergman ha notato un tasso di produzione di 1 mm3 in 20 minuti nel laboratorio sperimentale costruito dall’Università di Uppsala per lo sviluppo della stampa 3D EHD. L’attenzione costante era nella creazione di un sistema di feedback chiuso per guidare le fibre erranti nella posizione corretta.
Parametri che influenzano il diametro della fibra stampata.
Il sistema sperimentale consisteva in:
Una configurazione di stampa EHD con il circuito di controllo feedback
Telecamera CCD per la misurazione della posizione delle fibre
Computer che esegue uno script MATLAB
Controller PID per calcolare come inviare l’amplificatore ad alta tensione tramite un microcontrollore
Nel complesso, la tecnica sperimentata dall’autore non si è dimostrata sufficientemente adeguata “per un controllo così elevato senza ulteriori elementi di controllo”. Bergman non era convinto dell’efficacia di questo metodo poiché non era possibile utilizzare il potenziale per le fibre cariche e la forza non era proporzionale alla distanza della fibra depositata. La neutralizzazione della carica di fibra depositata è un’opzione, tenendo presente che gli e-jet sono “profondamente colpiti” dall’ambiente in termini di umidità e calore.
“Questo potrebbe essere un vantaggio se un dispositivo in grado di creare diverse zone con umidità e temperatura variabili potesse essere integrato nel sistema. Un tale ambiente controllato potrebbe essere possibile creare con un flusso laminare di gas temperato e umidificato nel piano xy “, ha affermato l’autore. “Avendo il controllo analogico dell’umidità dei gas e diverse prese di gas montate nella direzione z, sarebbe possibile controllare l’attrazione e la repulsione delle fibre di fibra e allo stesso tempo essere in grado di guidare l’e-jet. Un tale sistema dovrebbe gestire la convezione forzata presente a seguito dello scarico coroniale in prossimità della filiera. L’autore ritiene che tale controllo ambientale sia necessario per consentire la stampa di strutture ad alta densità. “
In definitiva, il sistema controllato da PID era accurato con il controllo di posizione in atto e il sistema di feedback chiuso offriva le specifiche come segue: velocità di risposta equivalente a 33 Hz, risoluzione della fotocamera di 1,2 µm / pixel e potenziale per amplificatore ad alta tensione misurato a ± 15 V.
“Il risultato suggerisce inoltre che la precisione del posizionamento delle fibre stampate potrebbe essere aumentata attraverso l’utilizzo di parametri PID ottimizzati, riducendo la distanza tra il punto in cui viene acquisita la posizione delle fibre e il punto in cui le fibre vengono infine depositate e riducendo la distanza tra la guida elettrodo e superficie del substrato “, ha concluso Bergman.
Un’illustrazione schematica dei sistemi della stampante. Oltre a ciò è già stato menzionato, uno stereomicroscopio è stato utilizzato per ingrandire l’e-jet prima di registrare dalla telecamera CCD. Inoltre, è stato inserito un resistore in serie con l’HVA e l’elettrodo di guida per proteggere l’apparecchiatura. Il sistema di controllo del movimento e il sistema EHD erano stati costruiti in precedenza. Il generatore di segnali contrassegnato in rosso ha abilitato la comunicazione unidirezionale dal programma LabVIEW allo script MATLAB. 
Schema del setup creato durante questa tesi, la figura è una modifica della riproduzione da [7]. Una fotocamera cattura le immagini della fibra direttamente sotto la filiera. Le immagini vengono elaborate da uno script MATLAB per determinare la posizione della fibra rispetto alla filiera. Lo script calcola un potenziale adatto, che viene trasmesso digitalmente a un microcontrollore. Il microcontrollore legge il valore ed emette un segnale analogico dopo aver passato un filtro RC. Il segnale analogico viene quindi amplificato da un amplificatore ad alta tensione prima di essere collegato a un elettrodo vicino all’e-jet. 