多年來，3D打印技術(shù)開發(fā)商從未停止盡最大努力提升打印速度，以期進(jìn)一步降低制造成本，這一點(diǎn)在SLM技術(shù)上體現(xiàn)的淋漓盡致。
自SLM Solutions在2020年上市了業(yè)內(nèi)第一臺配備12激光的金屬3D打印機(jī)后，以增加激光器數(shù)量為手段的開發(fā)形式經(jīng)歷了一段時(shí)間的市場PK，所配備的激光器數(shù)量甚至達(dá)到了64臺。
當(dāng)然也有一些例外，例如將近紅外激光器演變?yōu)榫G光、藍(lán)光、區(qū)域3D打印以及光束整形技術(shù)。但，請看一下下面的制造的過程是否覺得有些震撼：
這就是由Freeform推出的下一代金屬3D打印自動化工廠概念。
當(dāng)然，它能否真正演變成真，目前還不能下定論。但在2024年，英偉達(dá)旗下NVentures和波音旗下AE Ventures共同出資1400萬美元投資了這家3D打印技術(shù)開發(fā)商。
3D打印技術(shù)參考查詢到，它是一家由前SpaceX工程師創(chuàng)立的由AI驅(qū)動金屬3D打印的高科技企業(yè)，主張采用先進(jìn)的傳感、實(shí)時(shí)控制和數(shù)據(jù)驅(qū)動的學(xué)習(xí)，實(shí)現(xiàn)金屬3D打印自動化工廠的構(gòu)建。
該公司于今年3月釋放了一段未來打印的場景，極具震撼力。本文接下來要著重介紹這家公司如何通過對設(shè)備結(jié)構(gòu)和打印流程進(jìn)行改造，顯著提升打印效率。
Freeform Future首席工程師正在觀察3D 打印過程
Freeform公司于2018年成立，它所期望的并不是試圖建造一臺3D打印機(jī)器，而是將整臺裝備視作自動化的3D打印工廠，使用數(shù)十臺激光器用金屬粉末制造大型零件或批量制造小尺寸零件，應(yīng)用將覆蓋航空航天、汽車等行業(yè)。
該公司此前從未公開討論過其打印方法，但表示該技術(shù)可以使其制造金屬零件的速度比現(xiàn)有方法快25-50倍，而且成本僅為現(xiàn)有方法的一小部分。
Freeform的聯(lián)合創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官Erik Palitsch在SpaceX工作了10年，而SpaceX在其火箭發(fā)動機(jī)的開發(fā)過程中大量使用3D打印技術(shù)以突破制造極限，Palitsch領(lǐng)導(dǎo)了許多發(fā)動機(jī)開發(fā)項(xiàng)目。
但其表示，他和馬斯克都知道現(xiàn)有的3D打印機(jī)不足以滿足公司雄心勃勃的目標(biāo)。“當(dāng)我們告訴埃隆一些新項(xiàng)目的機(jī)器成本是多少，而且總是需要一大群人來操作它們時(shí)，他幾乎失去了理智?！?/span>
2018年底，Palitsch和SpaceX資深人士Thomas Ronacher創(chuàng)辦了Freeform，并希望重寫3D打印的一些基本過程。通常，一個(gè)或多個(gè)零件會在機(jī)器內(nèi)同時(shí)打印，但這種仍受到打印尺寸的限制。
3D打印技術(shù)參考，贊41
通過仔細(xì)查看該公司釋放出的打印流程，3D打印技術(shù)參考注意到該公司所開發(fā)的設(shè)備在艙室結(jié)構(gòu)和鋪粉方式上與常規(guī)的SLM過程完全不同。
首先，在艙室結(jié)構(gòu)上，其具有前后兩部分成形空間，均用來打印零件，可視部分并沒有布置供粉缸；鋪粉過程在打印區(qū)間的左側(cè)完成，與傳統(tǒng)的水平方向固定缸位不同，其所設(shè)計(jì)的成型缸可水平移動，在打印完一層之后，成型缸移動到左側(cè)的不可視空間內(nèi)完成鋪粉，再移動回成形區(qū)間；在一個(gè)缸鋪粉的過程中，激光并不停歇，而是打印另一個(gè)區(qū)間的零件，因此實(shí)現(xiàn)了不間斷制造。
對于鋪粉方式，可以猜測其采用的是上供粉。而且，F(xiàn)reeform配置的激光器數(shù)量多達(dá)數(shù)十臺，屬于多種形式疊加來提升打印效率。
因此，這種流程上的創(chuàng)新，至少帶來兩項(xiàng)改變。首先，可以顯著提升打印效率，其采用一臺設(shè)備實(shí)現(xiàn)了兩臺設(shè)備并行運(yùn)行的效果，而多臺設(shè)備并行運(yùn)行是擴(kuò)大制造規(guī)模的一項(xiàng)重要手段，進(jìn)一步的可推動打印速度的提升。其次，其具備在一個(gè)打印流程中制造兩種材料的可能性，當(dāng)然兩種材料是在不同的缸內(nèi)分別打印。
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Freeform已將英偉達(dá)加速計(jì)算平臺用于金屬3D打印監(jiān)測與預(yù)測
可以說，F(xiàn)reeform正在重新設(shè)計(jì)3D打印將原材料轉(zhuǎn)化為成品的過程。從某種意義上說，這就像是一條金屬3D打印的流水線。其首席執(zhí)行官表示，“我們必須實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)，才能向更多行業(yè)開放，而使用傳統(tǒng)機(jī)器根本無法實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)?！?/span>
Freeform的投資者主要關(guān)注工業(yè)領(lǐng)域。領(lǐng)導(dǎo)SpaceX發(fā)動機(jī)開發(fā)多年、同時(shí)也是Freeform投資人的Tom Mueller表示：“他們做的主要事情就是將其價(jià)格降低到更像汽車制造成本，而不是航空航天成本，同時(shí)還大幅提高了打印速度?！?/span>
傳統(tǒng)的SLM 3D打印機(jī)由于鋪粉過程的存在，激光總是間斷運(yùn)行，如果3D打印機(jī)的運(yùn)行時(shí)間達(dá)到60%，通常就會認(rèn)為這是成功的。Freeform有望顯著減少停機(jī)時(shí)間，它有兩個(gè)平行的輸送系統(tǒng)，多個(gè)金屬板沿著它們排列。當(dāng)傳送帶將板材移入和移出光束時(shí)，它的18個(gè)激光器不間斷運(yùn)行。相機(jī)組合以每秒超過70000幀的速度拍攝圖像，將數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)視覺算法，以協(xié)調(diào)激光器的出光方式。Palitsch表示，傳統(tǒng)機(jī)器每小時(shí)可熔化約100克金屬粉末，而Freeform現(xiàn)在每小時(shí)可熔化5公斤，并且很快將通過其技術(shù)迭代實(shí)現(xiàn)更快的打印速度。
首席科學(xué)官Tasso Lappas在控制室監(jiān)控3D打印流程（來自《彭博商業(yè)周刊》）
首席電氣工程師管理連接到3D打印機(jī)頂部激光器的電纜
測試過Freeform技術(shù)的火箭發(fā)動機(jī)制造商Ursa Major Technologies的首席運(yùn)營官Nick Doucette表示，雖然打印速度的提升和更低的價(jià)格是重要優(yōu)勢，但Freeform系統(tǒng)的真正價(jià)值在于它如何在打印過程中實(shí)現(xiàn)監(jiān)控。3D打印零件可能存在缺陷，客戶傾向于使用過時(shí)的手動檢查最終物體的強(qiáng)度等性能指標(biāo)。Freeform使用大量的傳感器、掃描儀和人工智能軟件來評估質(zhì)量，并可以在構(gòu)建過程中進(jìn)行調(diào)整。
Palitsch表示，其所開發(fā)的設(shè)備更像是一個(gè)完全自主的3D打印工廠，通常需要數(shù)周時(shí)間的工作將在數(shù)小時(shí)內(nèi)完成，并且只需要很少的人工參與。但Freeform目前的機(jī)器看似具有革命性的潛力，但目前付費(fèi)客戶仍很少。其仍然像一臺原型機(jī)器，也不像其所設(shè)想的那么自動化。為了使該技術(shù)實(shí)現(xiàn)真正突破，F(xiàn)reeform必須證明其機(jī)器運(yùn)行速度快、成本低，足以將3D打印推向廣泛的新市場，并應(yīng)對傳統(tǒng)的大規(guī)模制造的挑戰(zhàn)。
