麻省理工學(xué)院教授創(chuàng)辦的VulcanForms致力于3D打印產(chǎn)業(yè)化

增材制造的前沿技術(shù)為尋求制造流程的轉(zhuǎn)變和新產(chǎn)品的創(chuàng)造提供了無(wú)限可能。各種公司若是想踏入增材制造領(lǐng)域，首先要做的事情就是投入巨資購(gòu)買(mǎi)最新的3D打印機(jī)，然后想辦法將它們整合到公司的運(yùn)營(yíng)中。但3D打印機(jī)在許多工業(yè)應(yīng)用中的吞吐量很低，不適合批量生產(chǎn)。由麻省理工學(xué)院教授 John Hart 創(chuàng)立的 VulcanForms公司正提供數(shù)字制造服務(wù)，以大規(guī)模構(gòu)建工業(yè)產(chǎn)品。VulcanForms公司將協(xié)助客戶進(jìn)行材料選擇和產(chǎn)品設(shè)計(jì)，然后在其生產(chǎn)車間打造可擴(kuò)展的制造工作流程。



每個(gè)工作流程的核心都配備專有的激光粉末床熔合 (LPBF) 金屬 3D 打印機(jī)，它使用一系列可控的激光束來(lái)生產(chǎn)具有復(fù)雜設(shè)計(jì)的高性能金屬零件。這些打印機(jī)可以通過(guò)數(shù)字控制設(shè)備與VulcanForms的加工、機(jī)器人技術(shù)和后處理設(shè)備集成在一起，該數(shù)字線程還可以在零件生產(chǎn)時(shí)對(duì)其進(jìn)行監(jiān)控。

Hart表示：“LPBF技術(shù)在噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)燃料噴嘴和整形外科植入物等多種應(yīng)用中起到了很大的作用，但它一直沒(méi)有更加深入的發(fā)展。VulcanForms看到了實(shí)現(xiàn)工業(yè)規(guī)模增材制造并將其與數(shù)字生產(chǎn)系統(tǒng)集成的巨大市場(chǎng)機(jī)會(huì)。”



VulcanForms 目前正在為醫(yī)療、國(guó)防、半導(dǎo)體和航空航天行業(yè)的公司生產(chǎn)零件，在幾天內(nèi)將設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)化為成品零件。創(chuàng)始人表示，VulcanForms 的質(zhì)量超過(guò)了鈦、鎳基合金和高級(jí)鋼合金等材料的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

VulcanForms目前正在馬薩諸塞州德文斯和紐伯里波特完成其前兩個(gè)數(shù)字制造設(shè)施。完成后，Devens工廠除了具有后處理能力外，還將容納數(shù)十個(gè)公司的增材制造系統(tǒng)。創(chuàng)始人表示，這些系統(tǒng)將使德文斯成為世界上產(chǎn)量最高的金屬增材制造工廠。紐伯里波特工廠專注于精密加工、工業(yè)自動(dòng)化和裝配操作。VulcanForms 將這些技術(shù)與數(shù)字主線相結(jié)合，正在構(gòu)建基于美國(guó)的數(shù)字制造基礎(chǔ)設(shè)施，該基礎(chǔ)設(shè)施將定義產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、制造和交付方式。

3D打印應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中
Hart稱他進(jìn)入增材制造領(lǐng)域是偶然的，這一切源于2013 年，一位同事邀請(qǐng)他為麻省理工學(xué)院的先進(jìn)制造與設(shè)計(jì)工程碩士課程授課�！拔也挥浀檬鞘裁创偈刮姨嶙h將課程重點(diǎn)放在增材制造上，因?yàn)槲疫�沒(méi)有在該領(lǐng)域進(jìn)行研究，這堂課是我用來(lái)探索新興趣并激發(fā)學(xué)生熱情和好奇心的實(shí)驗(yàn)。”



Feldmann是該班的一名學(xué)生，當(dāng)時(shí)他正在麻省理工學(xué)院學(xué)習(xí)第一個(gè)學(xué)期�；�于項(xiàng)目的課程要求學(xué)生測(cè)量 3D 打印部件的精度，改進(jìn)其性能。Feldmann說(shuō)：“麻省理工學(xué)院會(huì)教授學(xué)生技術(shù)性很強(qiáng)但非常適用的東西，在麻省理工學(xué)院，學(xué)習(xí)增材制造不僅僅是計(jì)算事物，它還提供動(dòng)手操作打印機(jī)的機(jī)會(huì)，這里有熔融沉積打印機(jī)，我真的很喜歡這種課程設(shè)置，它為行業(yè)和初創(chuàng)公司的領(lǐng)先研究工作做好準(zhǔn)備�！�

獲得學(xué)位后，F(xiàn)eldmann成為研究專家，研究納米材料和電池電極。但Feldmann和Hart繼續(xù)集思廣益，使增材制造更具工業(yè)相關(guān)性。最終，他們決定建造一種新型 LPBF 金屬打印機(jī)，使大量激光器能夠同時(shí)運(yùn)行，從而在提高產(chǎn)量的同時(shí)保持成品零件的質(zhì)量。

“我們的目標(biāo)是重新設(shè)計(jì) LPBF 工藝，并以一種能夠?qū)崿F(xiàn)更高、更一致的質(zhì)量的方式進(jìn)行，我們認(rèn)為這是增材制造工業(yè)化的主要障礙。”Hart說(shuō)。

考慮到這一使命，F(xiàn)eldmann 和 Hart 決定邁出一大步，開(kāi)始建立VulcanForms，F(xiàn)eldmann 在開(kāi)發(fā)第一臺(tái)打印機(jī)原型時(shí)用了將近兩年的時(shí)間。如今，該公司的打印機(jī)在每一層中使用數(shù)百條焊接軌跡，激光通過(guò)這些軌跡同步移動(dòng)，這些激光器共同提供高達(dá)100千瓦的功率。VulcanForms 的生產(chǎn)鑄造廠還包括 CNC 加工和后處理設(shè)備。

Hart 說(shuō)：“從一開(kāi)始，我們就將 3D 打印視為數(shù)字制造的基石，其中軟件和硬件協(xié)同工作以編碼和執(zhí)行生產(chǎn)指令，構(gòu)建的軟件允許每個(gè)部分在每一層的每個(gè)體素中局部接收相同的溫度。能夠增加產(chǎn)品的生產(chǎn)速率，同時(shí)保持生產(chǎn)的一致性。”

幫助3D打印發(fā)揮其潛力



2021年，一家超級(jí)計(jì)算機(jī)制造商為其處理器中的冷卻組件使用了 VulcanForms 設(shè)計(jì)。包含數(shù)十個(gè)微觀通道的鈦部件非常復(fù)雜，只能使用增材制造來(lái)制造。正如《紐約時(shí)報(bào)》 報(bào)道的那樣，兩天后 VulcanForms將其成功制造了出來(lái)。VulcanForms 還為航空和國(guó)防承包商生產(chǎn)醫(yī)療植入物、工業(yè)工具和輪胎模具以及組件。Feldmann 認(rèn)為增材制造帶來(lái)的創(chuàng)新推動(dòng)了許多行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步。該公司還將數(shù)字生產(chǎn)技術(shù)推動(dòng)的制造業(yè)轉(zhuǎn)型視為美國(guó)改善經(jīng)濟(jì)繁榮及其創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)的機(jī)會(huì)。

Hart 說(shuō)：“VulcanForms 認(rèn)為，美國(guó)最大的機(jī)會(huì)之一是圍繞數(shù)字生產(chǎn)系統(tǒng)重建其工業(yè)生態(tài)系統(tǒng)，數(shù)字優(yōu)先生產(chǎn)技術(shù)，包括增材制造和自動(dòng)化精密加工，可實(shí)現(xiàn)更具創(chuàng)新性、資源效率更高且更具彈性的供應(yīng)鏈。制造業(yè)的創(chuàng)新是美國(guó)經(jīng)濟(jì)的支柱�！�