虽然3D打印已经普及，但目前用于3D打印的众多塑料材料无法轻易回收。现阶段，一些新型可持续的3D打印材料不断涌现，但每种材料都需要手动设置3D打印机参数，因此这些新型材料仍然难以采用。

要从头开始采用一种新材料，通常需要在软件中设置多达100个参数，才能控制打印机利用该材料制造物体。常用的材料，如大规模生产的聚合物，已经创建了固定的参数集，而这些参数是通过繁琐的试错过程完善的。但可再生和可回收材料的性能可能会因其成分特性而大幅波动，因此几乎不可能创建固定的参数集。在这种情况下，用户必须手动提出所有这些参数。

为了解决这个问题，研究人员开发了一种新型可自动识别未知材料参数的3D打印机。

麻省理工学院比特与原子中心(CBA)、美国国家标准与技术研究院(NIST)和希腊国家科学研究中心(Demokritos)的合作团队通过改进3D打印机的“心脏”挤出机，以达到测量材料中的力和流动的目的。

通过20分钟的测试，将收集到的数据输入到一个数学函数中，用于自动生成打印参数。这些参数可以输入到现成的3D打印软件，并用于打印新型材料。

自动生成的参数通常可以取代手动设置中的大约一半参数。在使用独特材料（包括几种可再生材料）进行的一系列打印测试中，研究人员验证了其实验方法能够产生可用参数。

增材制造通常依赖于来自化石燃料的不可回收聚合物和树脂，而这项研究有助于减少增材制造对环境的影响。

CBA负责人Neil Gershenfeld称，研究小组已经演示了3D打印机可以自主打印新型的可持续生物基材料，其目标是为了让3D打印更加可持续。

改变材料特性

在熔融长丝制造(FFF)中，熔融聚合物通过加热的喷嘴逐层挤出来构建零件，这通常用于快速成型。一种名为切片机的软件为机器提供指令，但切片机必须被配置为处理特定材料。

在FFF3D打印机中，由于影响材料特性的变量太多，使用可再生或回收材料尤其具有挑战性。例如，生物基聚合物或树脂可能在不同的季节由不同的植物混合物组成。

为了克服这些挑战，研究人员开发了一种3D打印机和工作流程，可以自动识别任何未知材料的工艺参数。首先，他们使用实验室之前开发的3D打印机，捕获数据并在运行时提供反馈。在机器的挤出机中，再添加三台仪器，用于测量并计算参数。

称重传感器测量施加在打印耗材上的压力。进给速率传感器测量耗材的厚度以及耗材通过打印机的实际进给速率。

测量结果可用于计算两个最重要但难以确定的打印参数：流量和温度。而标准软件中近一半的打印设置都与流量和温度参数相关。

派生数据集

新仪器安装到位后，研究人员进行了长达20分钟的测试。在不同流速下，测试生成一系列温度和压力读数。本质上，测试包括将打印喷嘴设置在最热温度，使材料以固定速率流过，然后关闭加热器。

研究人员将数据输入到函数中，根据相对温度和压力输入，该函数自动生成材料和机器配置的真实参数。然后，再将这些参数输入3D打印软件并生成打印机指令。

在使用六种不同材料（其中几种是生物基材料）进行的实验中，该函数自动生成的参数始终能够成功打印出复杂的物体。

展望未来，研究人员计划将此过程与3D打印软件集成，以达到参数自动输入的目标。此外，研究人员还希望通过整合热端的热力学模型来增强工作流程。