無支撐金屬3D打印“卡脖子”技術(shù)公開，VELO3D累計(jì)獲10億元融資

導(dǎo)讀：2020年6月，最近南極熊報(bào)道了無支撐金屬3D打印廠商VELO3D累計(jì)獲1.5億美元（約合10億人民幣）融資，設(shè)備賣給好幾家航空航天公司（如SpaceX、Honeywell），以及石油天然氣客戶后，有不少讀者在微信上問南極熊，“這個(gè)無支撐金屬3D打印技術(shù)到底是怎么樣的，靠不靠譜�。俊�
△傳統(tǒng)金屬3D打印需要支撐（左），VELO3D則無需支撐（右）

為了解答用戶的疑問，南極熊特別收集整理了本文《獲10億元融資！無支撐金屬3D打印VELO卡脖子技術(shù)專利找到了》。

VELO3D是直接金屬激光燒結(jié)（DMLS）增材制造系統(tǒng)和打印準(zhǔn)備軟件的開發(fā)商，發(fā)明了SupportFree Geometries無支撐金屬3D打印技術(shù)。成立于2014年，最初4年默默研發(fā)，2015年獲得A輪融資2210萬美元；于2018年在國(guó)際制造技術(shù)展（IMTS）上首次披露了其藍(lán)寶石DMLS系統(tǒng)。藍(lán)寶石系統(tǒng)的關(guān)鍵是VELO3D的智能融合技術(shù)，它可以模擬和預(yù)測(cè)零件變形，消除支撐結(jié)構(gòu)。智能融合工藝通過調(diào)整零件設(shè)計(jì)來平衡變形，并配合前饋閉環(huán)熔池控制和原位計(jì)量數(shù)據(jù)來實(shí)現(xiàn)，生產(chǎn)出的零件幾乎沒有支撐結(jié)構(gòu)。


金屬增材制造或3D打印，主要是以熔池快速固化的焊接工藝。在凝固和冷卻過程中，零件會(huì)產(chǎn)生熱應(yīng)力和殘余應(yīng)力。支撐有兩個(gè)作用：一是作為固定件，固定零件，防止熱變形而移動(dòng)；二是熱傳導(dǎo)。臨時(shí)支撐結(jié)構(gòu)是直接能量沉積(DED)和傳統(tǒng)的粉末床熔融(PBF)技術(shù)所必須的，通常需要打印完成后加工操作去掉。后期處理增加了成本，使周期延長(zhǎng)。更重要的是，它限制了金屬3D打印的設(shè)計(jì)自由度。

幾十年來，金屬3D打印公司一直依靠支撐結(jié)構(gòu)將零件固定在構(gòu)建板上，并進(jìn)行熱處理。一般情況下，我們已經(jīng)開始依賴這些支撐來輔助打印小于45°的低角度結(jié)構(gòu)。但是，這些低角度的幾何形狀也是在零件整合過程中，在裝配體不可進(jìn)入的內(nèi)部通道中容易產(chǎn)生支撐。通過使用支撐物將零件固定在構(gòu)建板上，在一定程度上將3D打印固定在原型設(shè)計(jì)上。

VELO3D與現(xiàn)有的粉末床熔接解決方案不同，具有獨(dú)特的能力，可以打印低角度和低至0°（水平）的懸垂，以及大直徑和高達(dá)100mm的內(nèi)管，而無需支撐。這不僅省去了后處理的麻煩，而且克服了 45°法則——角度小于45°的就需要支撐。VELO3D讓設(shè)計(jì)師可以自由地構(gòu)建，釋放出大量可以3D打印生產(chǎn)的設(shè)計(jì)。



據(jù)VELO3D介紹，其核心技術(shù)是專利的刮刀工藝（re-coater process），稱之為非接觸式刮刀。它不是使用傳統(tǒng)的接觸刮刀鋪粉機(jī)制，而是使用了非接觸式技術(shù)，好處非常多。非常擅長(zhǎng)生產(chǎn)高寬比、薄壁零件、大型件等。簡(jiǎn)而言之，鋪粉時(shí)刀片不與金屬粉床接觸。粉末鋪展完畢后，進(jìn)行一種刮刀非接觸式過程在粉末上面，以確保粉末絕對(duì)平整。同樣，這些都不與實(shí)際的床身或部件接觸，實(shí)現(xiàn)高自由度，從而實(shí)現(xiàn)無支撐金屬3D打印。

其官網(wǎng)上說得比較含糊，到底這個(gè)無支撐金屬3D打印技術(shù)有何奧妙之處？

截止2020年6月，VELO3D已有約35項(xiàng)專利獲得授權(quán)。南極熊發(fā)現(xiàn)，他們不但在美國(guó)、歐洲申請(qǐng)專利，同時(shí)也有其中一些專利早早在中國(guó)申請(qǐng)了相關(guān)專利，由此可見他們對(duì)專利保護(hù)的重視。南極熊已經(jīng)收集到這35項(xiàng)專利申請(qǐng)書，里面有詳細(xì)的技術(shù)介紹，很多專利都超過100頁(yè)！希望對(duì)大家有啟發(fā)。例如

專利1.“精湛的三維打印CN108698126A”。2016年12月9日提交•2018年10月23日發(fā)布。本公開提供了用于3D打印的各種儀器和系統(tǒng)。本公開提供三維(3D)打印方法、儀器、軟件和系統(tǒng)，以用于步進(jìn)和重復(fù)能量照射過程；控制3D物體的材料特征和/或變形；減少打印的3D物體中的變形；并且使材料床平坦化。

專利2.“準(zhǔn)確的三維打印CN108883575A”。優(yōu)先權(quán)2016-02-18•申請(qǐng)日期2017-02-16•發(fā)布2018-11-23。本公開提供了三維(3D)打印方法、儀器和系統(tǒng)，其尤其使用調(diào)節(jié)至少一個(gè)3D物體的形成(例如在3D打印期間實(shí)時(shí))的控制器；以及促進(jìn)其的非暫時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)。例如，調(diào)節(jié)3D物體的至少一部分的變形的控制器�？刂瓶蔀樵�位控制。控制可為在3D打印過程期間的實(shí)時(shí)控制。例如，控制可在現(xiàn)象脈沖期間。本公開提供了用于評(píng)估熔池的基本長(zhǎng)度尺度的各種方法、儀器、系統(tǒng)和軟件，以及增加3D打印的準(zhǔn)確度的各種工具。

專利3. “無支撐三維打印的設(shè)備、系統(tǒng)和方法CN108436082A”。2014年6月20日優(yōu)先權(quán)•2015年6月19日提交•2018年8月24日發(fā)布。本發(fā)明提供三維(3D)物體、3D打印過程以及用于3D物體的制造的方法、設(shè)備和系統(tǒng)。本發(fā)明的方法、設(shè)備和系統(tǒng)可減少或消除對(duì)輔助支承件的需求。本發(fā)明提供利用本文中所描述的打印過程、方法、設(shè)備和系統(tǒng)打印的三維(3D)物體。

△無支撐金屬3D打印專利結(jié)構(gòu)之一

其中，最核心的是 專利3. “無支撐三維打印的設(shè)備、系統(tǒng)和方法CN108436082A”，申請(qǐng)書長(zhǎng)達(dá)129頁(yè)。特此分享給讀者研究了解，歡迎下載。


△Velo3D Sapphire 金屬3D打印機(jī)構(gòu)建室，是圓柱形的

專利3. “無支撐三維打印的設(shè)備、系統(tǒng)和方法CN108436082A”。2014年6月20日優(yōu)先權(quán)•2015年6月19日提交•2018年8月24日發(fā)布。本發(fā)明提供三維(3D)物體、3D打印過程以及用于3D物體的制造的方法、設(shè)備和系統(tǒng)。本發(fā)明的方法、設(shè)備和系統(tǒng)可減少或消除對(duì)輔助支承件的需求。本發(fā)明提供利用本文中所描述的打印過程、方法、設(shè)備和系統(tǒng)打印的三維(3D)物體。下載鏈接：https://pan.baidu.com/s/11odmQG2Ci0DK7-6CAqhCYQ 提取碼：p06b

一共包含超過30個(gè)專利文件

值得一看

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