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3D列印机大型化:美国花72小时列印出8公尺长的巡逻艇

时间:2019-11-23来源:申博太阳城浏览次数:

跟着3D列印手艺的商业化,人们也在举行不断立异,其运用的材料和3D列印尺寸不断扩大,列印的速率也更快,能够造船、造桥、造屋子、甚至于造火箭。

Relativity Space正在运用大型一连銲接机器人制造太空火箭的零件 即便是制造一艘玻璃纤维的当代小船,也是一项冗长而烦琐的事情。工人须要先制造出一个模具,并在模具内部制造树脂和玻璃纤维层。待组织成型后再进一步打磨完成。造如许一艘船能够须要几个月的时候。不过,美国缅因大学的研讨人员如今只花了72个小时就造出一艘8公尺长的巡逻艇。他们的窍门是庞大的3D印表机。

自从20世纪90年代3D印表机商业化以来,一般被工场用来制造模子、喷气发动机组件和牙套等小物件。如今,新一代的超大印表机行将问世,它们能够制造出比之前更大的物体,并以更快的速率列印出来。

3D列印巡逻艇是美国陆军专案的一部份。美国缅因大学的团队与位于田纳西州的橡树岭国度实验室(Oak Ridge National Laboratory)举行协作,后者协助开辟列印流程,而位于伊利诺斯州的Ingersoll机床公司则制造出3D印表机。缅因大学以为,关于造船这一缅因州罕见的行业而言,大型3D印表机将大幅减少制造新船的本钱和时候。

范围很主要

一般来讲,3D印表性能列印出的最大物体是由印表机自身大小决议的,但市面上大多数3D印表机并不比家用冰箱大若干。多年来,工程师们想出了种种要领来扩大范围,比方把列印装配装置在外部支架上。但效果往往是设备行为迟缓且列印不精确,制造出的东西须要大批烦琐的人工再加工。

美国缅因大学开辟的印表机克服了范围题目,其将3D印表机的喷嘴吊挂起来,个中喷出的熔融热塑性树脂,含有碳纤维。在电脑的掌握下,喷嘴程度挪动,一层一层地向上构建所需对象。每一层完成后,喷嘴轻微升高,在其上堆积另一层,直到物体被列印完成。

缅因大学的印表机能够以每小时70公斤的速率挤压材料,如今能够制造30公尺长,7公尺宽,3公尺高的东西,而且能够透过制作一个更大的龙门吊来增添制造物体的尺寸。设置喷嘴的机器臂也能够装置自动铣削优等加工设备,从而对列印出的物体外表举行邃密打磨。

图示:美国缅因大学的3D列印船缅因大学还正在试图转变合成材料的性子,使其生产历程越发环保。专案负责人之一的哈比卜‧达格(Habib Dagher)示意,他们的目的是用一种含有50%木制品的材料来完成3D列印,这将发生一种强度和分量与铝相称的复合材料。跟着进一步的研讨,专案小组愿望以每小时230公斤的速率列印材料。研讨人员近来还运用纤维素纤维和一种由玉公尺制成的树脂来列印用于制作船只屋顶的模具。为了使生产历程越发环保,这个模具能够接纳,材料能够获得再次应用。

只需按下「列印」

橡树岭动力效力主管克雷格·布鲁(Craig Blue)示意,制造模具和生产东西将是大尺寸3D列印手艺的一项主要事情。模具制造之所以高贵有两个方面的缘由。起首制造模具须要专业技能,而且生产的产物往往是一次性或者是小批量生产,所以没有范围经济效益。然则,关于3D印表机来讲,制造一件或多件物品的本钱大抵雷同。

3D列印另有其他上风。比方,承包商运用橡树岭国度实验室的体系来列印混凝土铸件的特别外形模具。一般,这类模具是由闇练木工用木头制成,只能保持三到四次浇筑,所以修建工人们须要许多这类模具。然则布鲁示意,3D列印的模具由碳纤维增强塑料构成,能够蒙受最少200次的浇筑。

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橡树岭国度实验室也在研讨直接列印混凝土组织的要领。制作大型3D列印平台的可行性表明,列印摩天大楼和其他大型修建最好不要一次性完成,而是逐渐完成较小部份再举行组装。在工场掌握条件下列印预制混凝土构件,然后现场组装,更适合庞杂的修建组织。这也是中国清华大学的徐伟国和同事采用的要领。他们用一对机器手臂挤压夹杂了聚乙烯纤维的混凝土,列印出预制构件,然后组装成横跨上海一个工业园区水池的26公尺人行桥。

这座人行桥是依据建于公元600年摆布的赵州桥制作的。复制桥的列印时候为450个小时,与缅因大学列印出船的时候规范大抵相称。但无论是与赵州桥的10年制作时候比拟,照样与当代修建工地的建立速率比拟,都显得异常快。研讨人员估计,3D列印桥梁生产本钱大约是传统混凝土浇筑桥梁的其三分之二。

其他情势的3D列印也变得越来越大、越来越快。美国伊利诺斯州西北大学的查德‧米尔金(Chad Mirkin)和他的同事们提出了一种他们称之为「高速大尺寸3D列印」(HARP)的手艺。他们的原型机能够列印出四公尺高,横截面接近一平方公尺的东西,主如果透过把固化物体从一个浅的液体聚合物池中拉起完成的。

这类3D印表机扩大了现有的一种3D列印要领。在这类要领中,设备起首将液体聚合物装在带有通明底座的容器中,并将要列印物体的紫外线图象投射到基座上层。接着印表机触发的化学反应会在基座正上方固化响应的一层聚合物,使其凝结成投射光芒的图象。第一层附着在从上往下放入液体的东西上。当东西被抬起时,它将列印的第一层从池中抬起,以许可从下面增加后续层。

HARP手艺的立异的地方在于有一层油膜流过通明基座。研讨人员说,这类油就像「液体铁氟龙」,能够防备聚合物层黏在基座上,还能够消弭固化历程当中发生的热量。效果是3D印表机能够运行得比之前快得多。米尔金说,它能够在几小时内列印出成人大小的物体。运用这类要领的传统3D印表机则须要几天时候。

HARP手艺能够大范围列印种种材料,包含数百种软硬差别的聚合物。它还能够印刷含有碳化矽等材料的树脂,从而加工成耐磨耐热陶瓷。由所有这些材料制成的零件能够用于从汽车、飞机到修建物等种种产物。米尔金与人协作创办了一家名为Azul 3D的公司,将这一历程商业化,估计第一台HARP印表机将在18个月内上市。

列印金属

然则,3D列印面对的最难题使命是列印大型金属物体。其主要要领是用雷射或电子束融化金属粉末并逐层组织。为了防备金属粉末氧化、被氛围中的杂质污染,甚至于爆炸,这个历程须要在一个充溢惰性气体的空间里举行。扩大其范围很辣手,而且会异常高贵。

然则,3D金属列印也在挣脱空间的侷限性。完成这一目的的要领之一是布置大型机器人,设备种种型号的金属惰性气体焊机。这类焊机的事情方式是将金属丝制成的捐躯电极经由过程焊枪的喷嘴。金属丝的一端衔接电源,另一端衔接接地工件。当焊枪接近工件时,焊枪外表与金属丝之间构成电弧。电弧发生的热量使金属丝和相近的金属熔合在一起。在此历程当中,焊枪将氩气等惰性气体吹过焊缝举行庇护。

要将焊枪变成3D印表机,机器人须要在统一地区一连銲接,构成一层又一层的金属。荷兰3D列印公司mx3d运用这类要领来制造种种金属物品。如今问世的有一辆铝制的轻型自行车和一座12公尺长的不锈钢人行桥。

洛杉矶Relativity Space公司正在运用大型一连銲接机器人来制造太空火箭的零件。每一个机器人的手臂上都有一根铝合金线,衔接到末尾的列印喷嘴。列印喷嘴运用高温等离子电弧融化金属丝,并在电弧四周吹入惰性庇护气体,将金属丝分层堆积。

Relativity Space公司示意,3D列印的火箭比传统的火箭制造速率更快,零零件更少。这家公司希冀第一批火箭将被用来发射卫星,但它愿望终究运用其生产体系Stargate在火星外表列印出一枚火箭。谈到3D列印的才能,好像连太空都不是极限。

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