3D打印机并不酷。你知道什么很酷吗？3D打印工厂！未知大陆-数字制造云平台

3D打印机并不酷。你知道什么很酷吗？3D打印工厂！

2023-02-02浏览量：216

自从大约 15 年前开始受到主流关注以来，3D打印就具有神奇的魅力，它承诺将每个家庭变成一个微型制造中心，同时颠覆工业规模工厂的运作方式。但是3D打印机——根据计算机发送的计划通过分层材料来创建物体——已经以笨重、昂贵和缓慢而闻名。 3D打印机成为像个人电脑一样无处不在的家用电器的乌托邦梦想已经基本破灭。

在工业用途方面取得了更多进展，尽管主要参与者也陷入了多年的恐慌之中。风险资本家继续向承诺创新以修复技术潜在缺陷的初创公司投入大量资源。一种特别激进的方法来自 Freeform Future Corp.，这是一家位于洛杉矶的成立五年的初创公司。迄今为止，该公司已从 Founders Fund、Threshold Ventures 和 Valor Equity Partners 等投资者那里筹集了 4500 万美元。

Freeform 不是试图建造一台可以打印三维物体的机器，而是寻求将整个建筑物变成自动化的3D打印工厂，这些工厂将使用数十台激光从金属粉末中制造火箭发动机舱或汽车零件。该公司之前从未公开讨论过其方法，但表示该技术可以使其制造金属零件的速度比当前方法快 25 到 50 倍，而且成本仅为当前方法的一小部分。

高级工程师 Rueben Mendelsberg 在 Freeform Future 位于加利福尼亚州霍桑市的总部观察一台3D打印机启动

Freeform 的联合创始人兼首席执行官 Erik Palitsch 曾在 Elon Musk 的航空航天公司 Space Exploration Technologies Corp. 工作了 10 年。 SpaceX 在其火箭发动机中突破了3D打印的极限而闻名，Palitsch 领导了多个最引人注目的发动机开发项目。但他说他和马斯克都知道现有的3D打印机不足以实现公司最雄心勃勃的目标。 “当我们告诉埃隆我们的一些新项目需要多少机器时，他几乎失去了理智，”Palitsch 说。 “而且总是需要一大群人来操作它们。”

对3D打印公司的风险投资

2018 年末，Palitsch 和 SpaceX 老将 Thomas Ronacher 创办了 Freeform，希望改写3D打印的一些规则。通常，在棚屋大小的机器内同时打印一个或几个物体。虽然它几乎可以制作任何东西，但这种3D打印机可以完成的工作量受到其尺寸和打印区域的限制。

首席科学官 Tasso Lappas 在公司总部的控制室监督 Freeform Future 的3D打印过程

另一方面，Freeform 正在创造可以装满仓库的机器，它目前位于加利福尼亚州霍桑市的工厂。在内部，机器沿着快速移动的传送带来回移动物体，因此系统可以同时处理许多事情。其他公司已经在一个设施中设置了多台打印机，但这种策略并没有提高他们的速度，它只是通过让它们并行工作来扩大规模。相比之下，Freeform 正在重新设计3D打印将原材料转化为成品的过程。从某种意义上说，这类似于 20 世纪工业家亨利·福特开创的流水线流程的建立。 Palitsch 说：“我们必须达到大规模生产的状态，才能向更多行业开放。” “而你根本无法使用传统机器到达那里。”

Freeform 的支持者专注于工业领域，而不是家庭生产。 “他们将能够做的主要事情是将其价格降低到更像是汽车制造成本而不是航空航天成本的水平，”汤姆穆勒说，他多年来一直领导 SpaceX 的发动机开发，并且是 Freeform 的天使投资人 . “他们还大大提高了3D打印速度。”

一层金属粉末正在融合

3D打印机使用多种材料创建对象，包括塑料和金属。 Freeform 专注于后者，使用一种众所周知的方法，将激光发射到金属粉末床上，将其融合成特定的形状。然后涂上一层新的粉末，激光一次又一次地发射。

今天一台典型的3D打印机可能有两到四个激光器，并将它们集中在一个金属板上，用于构建物体。激光击中金属粉末，然后停止发射，同时将新的金属粉末层放置在板上，然后再次发射。一个限制因素是金属和塑料熔化和融合的速度。通常，打印机必须休息一下，因为它也变得太热了。如果3D打印机 60% 的时间都在运行，公司就会认为它是成功的。

首席电气工程师 Dennis Ren 负责管理连接到3D打印机顶部激光器的电缆

Freeform 看起来可以显着减少停机时间。它有两个平行的传送系统，排列着多个金属板。它的18个激光器不停地发射，同时传送带将板移入和移出光束。将新鲜金属粉末涂到板上或抛光零件边缘等任务在机器的其他区域进行，让激光器继续在其他物体上工作。一组相机以每秒超过 70,000 帧的速度拍摄图像，将数据输入计算机视觉算法，以协调激光的发射方式。标准机器每小时可以熔化约 100 克（3.5 盎司）的金属粉末，Palitsch 说 Freeform 现在每小时可以熔化 5 公斤，并且很快就会使用其新版本的技术来熔化更多。

测试过 Freeform 技术的火箭发动机制造商 Ursa Major Technologies 的首席运营官 Nick Doucette 表示，虽然额外的速度和更低的价格是额外的好处，但 Freeform 系统的真正价值在于它在打印过程中如何监控物体。 3D打印部件可能存在缺陷，客户倾向于使用过时的手动操作来检查最终对象的强度和坚固程度。 Freeform 使用其大量传感器、扫描仪和人工智能软件来评估质量，并可以在构建过程中进行调整。 “我们这样做的通常方法是测试样品和调整东西的噩梦，”Doucette 说。 “Freeform 只是3D打印一些东西然后交给我。”

由 Freeform Future 3D打印的流量分配器

正如行业中经常出现的情况一样，Freeform 目前的机器看似具有革命性的潜力，但业绩记录不佳，而且只有少数付费客户。它仍然具有疯狂科学家原型的品质，各种管子和电子设备悬挂在它的身体上。它也没有公司设想的更发达的产品那么大或自动化。为了让这项技术成为真正的突破，Freeform 必须证明其机器运行速度快且成本低廉，足以让3D打印进入广泛的新市场，并直面传统的大规模制造。

Palitsch 说，最终目标是拥有更多的激光器和更多的传送带，将3D打印机系统加起来可以填满 100,000 平方英尺的建筑物。通常需要数周的工作将在数小时内完成，而且很少有人参与。 “这将是一个完全自主的3D打印工厂，”Palitsch 说。

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