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2019/11/19
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高生产率的3D打印机是制造业的未来
西北大学的研究人员已经开发出一种新型的、大体积、高速度的3D打印机，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），可实现以创纪录的生产量按需生产产品。在过去30年中，3D打印方面的研究都旨在突破传统技术的极限。一般来说，想要实现大体积的生产可能意味着速度、产量和分辨率的降低。使用HARP技术就不必进行这种折衷，从而使其能够与传统制造技术的分辨率和生产量相竞争。
HARP技术的原型机高度为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打印领域的最高记录。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，但实际上受到很多限制。“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有望做到这一点。”
Mirkin预测，HARP将在未来18个月内商用。
研究成果10月18日发表在《Science》杂志上。
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很坚固。它们可以用作汽车，飞机，牙科，矫形器等零件。
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，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大。而且，如果又大又快，那么热量会异常的大。
这是很多3D打印公司都在面临的问题。
西北大学的技术方案通过不粘液体的行为类似于液体特氟龙解决了这个问题。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。
Mirkin说：“我们的技术会像其他技术一样产生热量。不同的是我们有一个可以散热的接口。”
Hedrick补充说：“该界面也不粘，可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，因为部件不必从打印槽的底部反复劈开。”
尽管3D打印正从原型过渡到制造，但当前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。
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，可以在没有模具的情况下，也可以在没有零件仓库的情况下构建任何想要的东西。可以按需打印任何可以想象的东西。”
尽管其他打印技术已经减慢或降低了分辨率，但HARP却没有做出这样的让步。
HARP 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。是一条商业上可行的生产消费品的途径。
作为世界著名的纳米技术专家，Mirkin于1999年发明了世界上最小的打印机。这种技术被称为蘸笔式纳米光刻技术，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中使用的特殊不粘式界面起源于致力于将该技术开发为纳米级3D 打印机的过程。
Mirkin说：“从体积的角度来看，我们已经跨越了18个数量级。”
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