3D打印機(jī)制造商Ascend制造公司透露了其新穎的大面積投影燒結(jié)（LAPS）3D打印方法的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

在對(duì)公司創(chuàng)始人兼CEO Justin Nussbaum的采訪中，3D打印行業(yè)發(fā)現(xiàn)了更多關(guān)于新方法背后的閉環(huán)增材制造技術(shù)。Nussbaum描述了粉末床熔融（PBF）技術(shù)，它是選擇性激光燒結(jié)（SLS）和無(wú)掩模投影立體光刻的結(jié)合。使用包括熱像儀在內(nèi)的閉環(huán)系統(tǒng)，3D打印機(jī)能夠持續(xù)監(jiān)控和調(diào)整粉床的溫度，而無(wú)需用戶的輸入。簡(jiǎn)化的制造工藝確保了床身在恒溫下均勻加熱，從而實(shí)現(xiàn)了整層零件的一次性制造。

"我們的工藝使層時(shí)間與整體制造時(shí)間脫節(jié)。當(dāng)我們擴(kuò)大系統(tǒng)規(guī)模時(shí)，融合一層仍然需要同樣的時(shí)間，但現(xiàn)在我們可以在同樣的時(shí)間內(nèi)融合更多的部件。Nussbaum說(shuō)："我們的生產(chǎn)系統(tǒng)實(shí)際上將能夠在一天內(nèi)制造數(shù)十萬(wàn)個(gè)零件。

Ascend Manufacturing

這種制造技術(shù)是Nussbaum在南佛羅里達(dá)大學(xué)攻讀博士學(xué)位時(shí)開發(fā)的。在2018年創(chuàng)立Ascend制造公司后，作為橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(ORNL)創(chuàng)新十字路口計(jì)劃的一部分，該畢業(yè)生獲得了50萬(wàn)美元的技術(shù)商業(yè)化資金。ORNL的設(shè)施提供了推進(jìn)該技術(shù)所需的所有先進(jìn)測(cè)試設(shè)備，包括CT掃描儀、3D顯微鏡和支持其發(fā)展的研究團(tuán)隊(duì)。

這家初創(chuàng)公司現(xiàn)在正在尋找額外的投資，以便從實(shí)驗(yàn)室向商業(yè)化生產(chǎn)邁出下一步，目的是填補(bǔ)它所認(rèn)為的 "中量 "生產(chǎn)服務(wù)的市場(chǎng)空白。

"在訂購(gòu)10個(gè)或100個(gè)零件和非常大的數(shù)量之間存在著差異。這就是3D打印開始發(fā)光的地方。我們要做的是幫助縮小這一差距，并在價(jià)格和質(zhì)量之間建立起一種隔閡。所以，無(wú)論你需要一個(gè)零件還是一百萬(wàn)個(gè)零件，你都可以用同樣的價(jià)格制造出來(lái)。"

Nussbaum認(rèn)為，3D打印領(lǐng)域的 "新玩家"，采取了類似的方式來(lái)進(jìn)行中等批量生產(chǎn)，比如惠普及其Multi Jet Fusion技術(shù)。盡管如此，他仍然堅(jiān)持認(rèn)為他的LAPS系統(tǒng)與其他基于SLS的機(jī)器有很大不同。

該系統(tǒng)的熱像儀可以實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的全面控制。圖片來(lái)自Ascend Manufacturing

大面積投影燒結(jié)技術(shù)

LAPS工藝是使用高強(qiáng)度的投影儀將圖像投射到粉末床上。然后將材料融合成該形狀，使整個(gè)層的生產(chǎn)一次完成，并使創(chuàng)建層的時(shí)間與整個(gè)制造時(shí)間脫節(jié)。由于該公司已經(jīng)嘗試了建造量的增加和更大的床層，層的生產(chǎn)時(shí)間并沒(méi)有增加，但它使更多的零件可以一次熔合。

LAPS系統(tǒng)的光學(xué)和熱像儀不僅能監(jiān)督整個(gè)過(guò)程，還能控制整個(gè)過(guò)程。在成層過(guò)程中，熱像儀能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)床體的溫度，并更新發(fā)送到投影機(jī)的圖像，使整個(gè)區(qū)域的溫度均勻融合。因此，減少了用戶的輸入，只需要溫度和時(shí)間參數(shù)，從而降低了操作機(jī)器所需的專業(yè)知識(shí)水平。

據(jù)Ascend公司介紹，其他高速燒結(jié)技術(shù)對(duì)整個(gè)粉床進(jìn)行加熱，但整個(gè)粉床的溫度不一，這就限制了可以使用的塑料。而LAPS系統(tǒng)則兼容了迄今為止所有測(cè)試過(guò)的材料，從低成本材料到高性能材料。測(cè)試期間生產(chǎn)的零件表現(xiàn)出100%的密度，沒(méi)有明顯的孔隙，側(cè)壁光潔度與使用SLS或MDF 3D打印機(jī)生產(chǎn)的零件相當(dāng)。產(chǎn)品的頂面也很光滑，表面粗糙度可以用納米來(lái)衡量。

"表面處理非常光滑，是一種塑料，但最后還是會(huì)反光。這給我們帶來(lái)了一些優(yōu)勢(shì)，特別是在印刷電子方面，如果你有一個(gè)粗糙的表面，那就很難了。"

自2015年以來(lái)，該項(xiàng)目共投入100萬(wàn)美元，其中創(chuàng)新十字路口通過(guò)ORNL提供50萬(wàn)美元資金，另外50萬(wàn)美元由美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)、田納西州和南佛羅里達(dá)大學(xué)的多筆撥款提供?，F(xiàn)在正在尋求額外的資金，以邁出成為合同制造商的第一步。在這個(gè)角色中，公司除了銷售服務(wù)和工具、夾具等部件外，還將銷售其他消費(fèi)品的終端部件。

但最終，鑒于測(cè)試過(guò)程中零件所表現(xiàn)出的更高的重量-強(qiáng)度比，Ascend的長(zhǎng)期目標(biāo)是為航空航天和國(guó)防工業(yè)開發(fā)零件。盡管Covid-19造成了業(yè)務(wù)中斷，但該公司計(jì)劃在年底前實(shí)現(xiàn)收入，目標(biāo)是在2021年開始提供服務(wù)。

閉環(huán) "制造工藝概述。圖片來(lái)自Ascend

閉環(huán)快速成型制造

雖然全閉環(huán)控制在SLS 3D打印中還沒(méi)有商業(yè)化，但已經(jīng)被研究人員和公司利用在其他手段上。

2018年9月，阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的研究人員在PBF系統(tǒng)中增加了一臺(tái)紅外相機(jī)，能夠以每秒10萬(wàn)幀（fps）的速度捕捉熔化顆粒的熱信號(hào)。該設(shè)備加入到3D打印機(jī)中，反映了實(shí)驗(yàn)室在提高PBF工藝的可重復(fù)性方面加倍努力。

總部位于芝加哥的金屬3D打印機(jī)制造商Sciaky Inc在2016年2月為其電子束增材制造（EBAM）機(jī)器帶來(lái)了閉環(huán)控制。層間實(shí)時(shí)成像和傳感系統(tǒng)，監(jiān)測(cè)生產(chǎn)的零件的幾何形狀、機(jī)械性能、微觀結(jié)構(gòu)和金屬化學(xué)成分。