观看运行中的最高吞吐量3D打印机–制造的未来[视频]

大面积快速打印技术使用紫外线将液态树脂固化成硬化的塑料，从而垂直打印。

西北大学的研究人员已经开发出了一种新型的，具有未来感的3D打印机，它如此之大，如此之快，以至于它可以在几个小时内打印出一个成年人大小的物体。

这项新技术被称为HARP（高区域快速打印），可实现创纪录的生产量，可按需生产产品。在过去的30年中，3D打印方面的大多数努力都旨在突破传统技术的局限性。通常，追求更大零件的代价是速度，产量和分辨率。使用HARP技术时，不必进行这种折衷，从而使其能够与传统制造技术的分辨率和吞吐量相抗衡。

垂直观看HARP，并连续打印大型3D对象。游戏中时光倒流视频，速度提高了100倍。

原型HARP技术的高度为13英尺，带有2.5平方英尺的打印床，可以在一个小时内打印大约半码，这是3D打印领域的创纪录吞吐量。这意味着它可以一次打印单个，大型零件或许多不同的小型零件。

领导该产品开发的西北航空的Chad A. Mirkin说：“ 3D打印在概念上很强大，但实际上受到限制。“如果我们能够在不受材料和尺寸限制的情况下快速打印，我们将彻底改变制造方式。HARP准备做到这一点。”

Mirkin预测，HARP将在未来18个月内商用。

该研究成果于2019年10月18日发表在《科学》杂志上。米尔金（Mirkin）是西北大学温伯格文理学院的George B. Rathmann化学教授，也是国际纳米技术研究所所长。Mirkin实验室的研究人员David Walker和James Hedrick共同撰写了这篇论文。

“当您可以快速，大尺寸打印时，它确实可以改变我们对制造的看法。”—纳米科学家查德·米尔金（Chad Mirkin）

保持凉爽

HARP使用一种新的，正在申请专利的立体光刻技术，该技术是一种将液体塑料转换为固体物体的3D打印类型。HARP垂直打印，并使用投射的紫外线将液态树脂固化为硬化的塑料。此过程可以打印坚硬，有弹性甚至是陶瓷的碎片。与其他3D打印技术常见的叠层结构相反，这些连续打印的零件在机械上是坚固的。它们可用作汽车，飞机，牙科，矫形器，时尚等等的零件。

观看HARP印刷的陶瓷物品经受住喷枪的热量。

当前3D打印机的主要限制因素是热量。每台基于树脂的3D打印机在高速运行时都会产生大量热量-有时会超过180摄氏度。这不仅会导致危险的高温表面温度，而且还会导致印刷零件破裂和变形。速度越快，打印机产生的热量就越多。而且，如果又大又快，那么热量会非常强烈。

这个问题已使大多数3D打印公司信服。Walker说：“当这些打印机高速运行时，树脂的聚合会产生大量的热量。”“他们没有办法消散它。”

“液态铁氟龙”

西北技术通过不粘液体的行为类似于液体特氟龙来绕过了这个问题。HARP通过窗口投射光线，以固化垂直移动板上的树脂。液体聚四氟乙烯在窗户上流动以除去热量，然后使其通过冷却单元循环。

“我们的技术像其他技术一样产生热量，”米尔金说。“但是我们有一个可以散发热量的接口。”

HARP可以打印柔软，有弹性和柔韧性的零件。

Hedrick补充说：“界面也不粘，可以防止树脂粘附到打印机本身。”“这将打印机的速度提高了一百倍，因为不必从打印容器的底部反复劈开这些部件。”

再见，仓库

当前的制造方法可能是繁琐的过程。他们通常需要填充预先设计的模具，这些模具昂贵，静态且占用宝贵的存储空间。制造商使用模具预先打印零件（经常猜测可能需要多少零件）并将它们存储在巨大的仓库中。

尽管3D打印正在从原型过渡到制造，但是当前3D打印机的尺寸和速度将其限制在小批量生产中。HARP是第一台可以处理大批量和大零件以及小零件的打印机。

与其他3D打印技术常见的叠层结构相反，HARP的打印方法可生产出机械坚固的连续零件。

Mirkin说：“当您可以快速，大尺寸打印时，它确实可以改变我们对制造的看法。”“借助HARP，您无需模具也无需任何零件的仓库，就可以构建任何您想要的东西。您可以按需打印任何您可以想象的东西。”

同类中最大的

尽管其他打印技术已经减慢或降低了分辨率，但是HARP却没有做出这样的让步。

Walker说：“显然，外面有很多类型的3D打印机-您看到制造建筑物，桥梁和车身的打印机，相反，您看到的打印机可以以非常高的分辨率制造小零件。”“我们很高兴，因为它是同类产品中最大，产量最高的打印机。”

“我们很高兴，因为它是同类产品中最大，产量最高的打印机。”-驻场企业家David Walker

来自西北的技术创业公司Azul 3D正在将HARP技术商业化。游戏中时光倒流视频加速了300倍。

HARP规模的打印机通常会生产必须打磨或加工成最终几何形状的零件。这增加了生产过程中的大量人工成本。HARP是一类3D打印机，它使用高分辨率的光图案来实现即用型零件，而无需进行大量的后处理。结果是一条商业上可行的生产消费品的途径。

纳米变大

Mirkin是世界知名的纳米技术专家，于1999年发明了世界上最小的打印机。这项技术称为浸笔式纳米光刻技术，它使用一支微型笔在纳米级特征上进行图案化。然后，他将其转换为一系列细笔，这些细笔将光引导通过每支笔，以从光敏材料本地生成特征。HARP中使用的特殊不粘界面是在致力于将该技术开发为纳米级3D打印机时产生的。

“从体积的角度来看，我们已经跨越了18个数量级，”米尔金说。

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参考：David A.Walker，James L.Hedrick和Chad A.Mirkin的“使用移动液体界面进行快速，大量，热控制的3D打印”，2019年10月18日，科学。DOI：
10.1126 / science.aax1562

Mirkin还是麦考密克工程学院的生物医学工程，材料科学与工程，化学与生物工程教授。芬伯格医学院的医学教授；也是西北大学罗伯特·H·卢里综合癌症中心的成员。

影片：西北大学