盡管3D打印多年來(lái)一直是制造業(yè)的未來(lái)派支柱,但由于對(duì)該技術(shù)的物理限制,它一直難以在規(guī)模和生產(chǎn)規(guī)模上進(jìn)行擴(kuò)展。但這很快就會(huì)改變,本周,伊利諾伊州埃文斯頓西北大學(xué)化學(xué)教授,該項(xiàng)目的首席研究員查德·米爾金領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)在《科學(xué)》雜志上發(fā)表的一篇研究報(bào)告稱,他們破解了在不損失打印速度的情況下打印大型對(duì)象的代碼,發(fā)明了一種3D打印機(jī)。
研究報(bào)告的摘要寫(xiě)道:我們使用移動(dòng)液體界面(氟化油)的聚合物組件的立體光刻三維打印方法,以減少界面和打印對(duì)象之間的粘合力,從而實(shí)現(xiàn)連續(xù)且快速的打印過(guò)程,而無(wú)需考慮聚合物前體。床的面積不受熱限制的大小限制,因?yàn)榱鲃?dòng)的油可以在整個(gè)打印區(qū)域內(nèi)進(jìn)行直接冷卻。已經(jīng)證明,連續(xù)垂直打印速度超過(guò)每小時(shí)430毫米,體積吞吐量為每小時(shí)100升,并且已經(jīng)打印了由硬塑料、陶瓷前體和彈性體制成的概念驗(yàn)證結(jié)構(gòu)。
報(bào)告稱,這一3D打印方面的創(chuàng)新可能會(huì)徹底改變汽車、飛機(jī)甚至房屋的制造方式。
科學(xué)家們使用循環(huán)氟化油(他們稱之為“液態(tài)聚四氟乙烯”)制造這種3D打印機(jī)的新方法,既可以保持機(jī)器冷卻,又可以產(chǎn)生剪切力,從而防止新的材料層粘在打印機(jī)上。這兩種物理局限性先前都阻礙了此類增材制造技術(shù)的發(fā)展,并且在沒(méi)有有效解決方案的情況下,眾所周知,即使在很小的項(xiàng)目中,用于制造的樹(shù)脂也會(huì)過(guò)熱,從而導(dǎo)致打印失敗。早期的3D打印是緩慢的,通常會(huì)花費(fèi)一天中的大部分時(shí)間來(lái)制造一個(gè)咖啡杯大小的物體。另一個(gè)問(wèn)題是,各層之間的界面在結(jié)構(gòu)上是脆弱的,使成品變得脆弱。
作者說(shuō),他們的13英尺高,2.5平方英尺的高速打印床稱為HARP(高區(qū)域快速打?。?,是克服此類結(jié)垢問(wèn)題的第一個(gè)此類打印床,能夠以高于430毫米/小時(shí)的速度打印,或者在兩個(gè)小時(shí)內(nèi)大致打印出像人體一樣大的東西。
米爾金和他的同事成立了一家名為Azul 3D的公司,將打印技術(shù)商業(yè)化。他表示,該公司正在改進(jìn)原型機(jī),預(yù)計(jì)HARP將在未來(lái)18個(gè)月內(nèi)投入商業(yè)生產(chǎn),這將有可能徹底改變制造業(yè)。
米爾金在新聞稿中說(shuō):“3D打印在概念上很強(qiáng)大,但實(shí)際上也受到限制。如果我們能夠在不受材料和尺寸限制的情況下快速打印,我們將徹底改變制造方式。 HARP準(zhǔn)備做到這一點(diǎn)?!?/span>
HARP能夠在兩個(gè)小時(shí)內(nèi)打印出人體大小的物體
雖然許多3D打印機(jī)堅(jiān)持制造較小的物體,例如醫(yī)療設(shè)備,甚至是有爭(zhēng)議的槍支,但HARP將是另一類別的更大的打印機(jī)。米爾金指出,這項(xiàng)技術(shù)可以創(chuàng)造近1平方米的橫截面和超過(guò)4米高的物體,未來(lái)將可打印更大的物件。
它當(dāng)然不是第一臺(tái)制造大型零件的3D打印機(jī),但作者寫(xiě)道,與眾不同的是,與競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手相比,它制造的任何大型零件都將準(zhǔn)備下線,而其他零件則需要額外打磨初始打印完成后進(jìn)行細(xì)化。作者寫(xiě)道,使用紫外線來(lái)固化樹(shù)脂將有助于實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。
由于其能夠很好地處理大型零件,因此HARP還將是生產(chǎn)線制造中的一項(xiàng)重要?jiǎng)?chuàng)新,因?yàn)榻柚淅鋮s技術(shù),它不僅能夠打印完全精制的大型零件,而且能夠繼續(xù)打印而不會(huì)出現(xiàn)滯后。
米爾金說(shuō):“當(dāng)您可以快速地進(jìn)行大尺寸打印時(shí),它確實(shí)可以改變我們對(duì)制造的看法?!?“使用HARP,您無(wú)需模具就可以建造任何想要的東西,也無(wú)需任何零件的倉(cāng)庫(kù),您可以按需打印任何您可以想象的東西?!?/span>
與任何技術(shù)一樣,HARP仍遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠完美。作者認(rèn)為,能夠在打印機(jī)中使用多種樹(shù)脂以及提高材料的光學(xué)分辨率(否則可能導(dǎo)致打印失敗的翹曲)將是這項(xiàng)技術(shù)的重要研究方向。
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