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　　3D列印機大型化：英國花72小時制出8米長炮艇

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　　網易科技讯 11月22日消息，据国外媒体报道，随着3D列印技術的商业化，人们也在展开不断创新，其应用的金属材料和3D列印体积不断扩大，列印的速度也更快，能纺织、布莱雷、造房子、甚至于造推进器。

　　库尔：Relativity Space正在采用大型连续焊接机器人制造太空推进器的零件

即便是制造兩艘鋼制的現代小船，也是幾項漫長而繁雜的工作。工人須要先制制出一個鑄件，並在鑄件內部制做聚丙烯和鋼制層。待結構成型後再進一步雕琢順利完成。造這樣兩艘船可能須要幾個月的天數。不過，英國懷俄明大學的科學研究相關人員目前只花了72個小時就制出兩艘8米長的炮艇。他們的訣竅是巨大的3D列印機。

　　自從20世紀90年代3D列印機商業化以來，通常被工廠用來制造模型、噴氣發動機組件和圈圈等小物件。現在，新一代的超大列印機即將問世，它們能制制出與以前更大的物體，並以更快的速度列印出來。

3D列印炮艇是英国陆军项目的一部分。英国怀俄明大学的团队与位于田纳西州的松树岭北欧国家生物医学(Oak Ridge National Laboratory)展开合作，后者帮助开发列印流程，而位于得克萨斯州的Ingersoll机床公司则制制出3D列印机。怀俄明大学认为，对于纺织这一怀俄明州常见的行业而言，大型3D列印机将大幅削减制造系遇的生产成本和天数。

　　體量很重要

　　一般來說，3D列印機能列印出的最大物體是由列印機本身大小決定的，但市面上大多數3D列印機並不比家用冰箱大多少。多年來，工程師們想出了各種方法來擴大體量，比如把列印裝置加裝在外部支架上。但結果常常是設備行動緩慢且列印不精確，制制出的東西須要大量繁雜的人工再加工。

　　英國懷俄明大學開發的列印機克服了體量問題，其將3D列印機的燃燒室懸挂起來，其中噴出的熔融熱塑性聚丙烯，含有鋁合金。在計算機的控制下，燃燒室水平移動，幾層幾層地向上構建所需對象。每幾層順利完成後，燃燒室稍微升高，在其上沈積另幾層，直到物體被列印順利完成。

懷俄明大學的列印機能以每小時70千克的速度擡升材料，目前能制造30米長，7米寬，3米高的東西，而且能通過修建一個更大的龍門吊來增加制造物體的體積。配置燃燒室的機械臂也能加裝自動銑床頭等加工設備，從而對列印出的物體表面展開精細雕琢。

　　庫爾：英國懷俄明大學的3D列印船

怀俄明大学还正在试图改变合成金属材料的性质，使其制造过程更加节能环保。项目负责人之一的穆萨·贝特（Habib Dagher）则表示，他们的目标是用一类含有50%木制品的金属材料来顺利完成3D列印，这将产生一类强度和重量与铝十分的复合金属材料。随着进一步的科学研究，项目小组希望以每小时230千克的速度列印金属材料。科学研究相关人员最近还采用水溶性素水溶性和一类由玉米做成的聚丙烯来列印用于修建船只屋顶的铸件。为了使制造过程更加环保，这个铸件能回收，金属材料能得到再次利用。

　　只需挪動“列印”

　　松树岭能源效率主管亚历克斯?莫斯(Craig Blue)则表示，制做铸件和制造工具将是大体积3D列印技術的几项重要工作。铸件制造之所以昂贵有两个方面的原因。首先制造铸件须要专业知识，而且制造的产品常常是纸制或者是小批量制造，所以没有体量经济效益。然而，对于3d列印机来说，制造一件或多托盘的生产成本大致相同。

3D列印還有其它優勢。例如，承包商采用松樹嶺北歐國家生物醫學的系統來列印鋼筋鑄件的特殊形狀鑄件。通常，這種鑄件是由熟練木匠用木頭做成，只能維持三到四次築成，所以建築物工人們須要很多這類鑄件。但是莫斯則表示，3D列印的鑄件由鋁合金鋼制組成，能夠承受至少200次的築成。

　　松樹嶺北歐國家生物醫學也在科學研究直接列印鋼筋結構的方法。修建大型3D列印平台的可行性表明，列印摩天大樓和其它大型建築物最好不要紙制順利完成，而是逐步順利完成較小部分再展開裝配。在工廠控制條件下列印預制鋼筋構件，然後現場裝配，更適合複雜的建築物結構。這也是中國清華大學的徐偉國和同事采取的方法。他們用一對機械手臂擡升混合了聚乙烯水溶性的鋼筋，列印出預制，然後裝配成橫跨上海一個工業園區池塘的26米人行橋。

這座人行橋是根據建于公元600年左右的大佛修建的。複制橋的列印天數爲450個小時，與懷俄明大學列印出船的天數標准大致十分。但無論是與大佛的10年修建天數較之，還是與現代建築物工地的建設速度較之，都顯得非常快。科學研究相關人員估計，3D列印公路橋制造生産成本大約是傳統鋼筋築成公路橋的其三分之二。

　　其它形式的3D列印也变得越来越大、越来越快。英国得克萨斯州西北大学的查德·米尔金（Chad Mirkin）和他的同事们提出了一类他们称之为“高速大体积3D列印”（HARP）的技術。他们的原型机能列印出四米高，横截面接近一平方米的东西，主要是通过把固化物体从一个浅的液体聚合物池中拉起实现的。

這種3D列印機擴展了現有的一類3D列印方法。在這種方法中，設備首先將液體聚合物裝在帶有透明底座的容器中，並將要列印物體的紫外線圖像投射到基座上層。接著列印機觸發的化學反應會在基座正上方固化相應的幾層聚合物，使其凝固成投射光線的圖像。第幾層附著在從上往下放入液體的工具上。當工具被擡起時，它將列印的第幾層從池中擡起，以允許從下面添加後續層。

　　HARP技術的创新之处在于有几层油膜流过透明基座。科学研究相关人员说，这种油就像“液体特氟隆”，能防止聚合物层粘在基座上，还能消除固化过程中产生的热量。结果是3D列印机能运行得比以前快得多。米尔金说，它能在几小时内列印出成人大小的物体。采用这种方法的传统3d列印机则须要几天天数。

HARP技術能大体量列印各种金属材料，包括数百种软硬不同的聚合物。它还能印刷含有碳化硅等金属材料的聚丙烯，从而加工成耐磨耐热陶瓷。由所有这些金属材料做成的部件可能用于从汽车、飞机到建筑物物等各种产品。米尔金与人合作创办了一家名为Azul 3D的公司，将这一过程商业化，预计第一台HARP列印机将在18个月内上市。

　　列印金屬

　　然而，3D列印面臨的最困難任務是列印大型金屬物體。其主要方法是用激光或電子束熔化金屬粉末並逐層構造。爲了防止金屬粉末氧化、被空氣中的雜質汙染，甚至于爆炸，這個過程須要在一個充滿惰性氣體的空間裏展開。擴大其體量很棘手，而且會非常昂貴。

然而，3D金屬列印也在擺脫空間的局限性。實現這一目標的方法之一是部署大型機器人，裝備各種型號的金屬惰性氣體焊機。這種焊機的工作方式是將金屬絲做成的犧牲電極通過焊的燃燒室。金屬絲的一端連接電源，另一端連接接地工件。當焊靠近工件時，焊表面與金屬絲之間形成電弧。電弧産生的熱量使金屬絲和鄰近的金屬熔合在一起。在此過程中，焊將氩氣等惰性氣體吹過焊縫展開保護。

　　要將焊變成3D列印機，機器人須要在同一區域連續焊接，形成幾層又幾層的金屬。荷蘭3D列印公司mx3d采用這種方法來制造各種金屬物品。現在問世的有一輛鋁制的輕型自行車和一座12米長的不鏽鋼人行橋。

　　洛杉矶Relativity Space公司正在采用大型连续焊接机器人来制造太空推进器的部件。每个机器人的手臂上都有一根铝合金线，连接到末端的列印燃烧室。列印燃烧室采用高温等离子电弧熔化金属丝，并在电弧周围吹入惰性保护气体，将金属丝分层沉积。

Relativity Space公司则表示，3D列印的推进器比传统的推进器制造速度更快，零部件更少。这家公司期望第一批推进器将被用来发射卫星，但它希望最终采用其制造系统Stargate在火星表面列印出一枚推进器。谈到3D列印的能力，似乎连太空都不是极限。（辰辰）

　　( 文章来源：互联網 )

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