廉价、快速的感应技术可实现无限尺寸的金属3D打印
未知大陆发表于 2023-03-26浏览量：评论数：
亚利桑那州的 Rosotics 公司表示，它已准备好彻底改变大型金属3D打印，采用一种新的“快速感应3D打印”方法，可以打印巨大尺寸的零件——在速度、成本、安全性和能源效率方面具有根本优势。
增材金属制造可以通过多种方式完成，但想法通常是相同的：您运行一台大型3D打印机，将熔融金属分层沉积到基板上，然后将它们融合在一起形成固体形状。 通过从头开始3D打印，您可以创建传统减材制造无法制作的形状，虽然它对于大规模制造来说太慢和繁琐，但对于小批量零件和快速原型制作来说，这是一种非常快速和有效的技术。
今天的许多金属3D打印系统都使用激光来加热和熔化金属粉末原料。 Rosotics 创始人兼首席执行官 Christian LaRosa 表示，激光系统存在许多固有问题。 首先，这些粉末状金属原料价格昂贵且通常具有危险性——例如，钛粉具有爆炸性。 其次，激光是将能量转化为热量的低效手段。 大型激光系统可能需要特殊的能源供应系统。
第三，它们可能很危险——即使是那种能量的反射光束，如果直接射中某人的眼睛，也足以致盲。 第四，用这些方法制造的零件通常需要在事后进行热处理，这意味着您只能打印与烤箱一样大的零件，然后才能在烤箱中烘烤它们。
LaRosa 说他想出了一个解决所有这些问题的替代方案，并为廉价、简单和快速3D打印巨大的金属部件打开了大门，这些部件大到足以用于飞机和火箭的结构。 Rosotics 设计、制造并测试了一种名为Mantis的新型金属3D打印头，它可以通过感应高效地向金属输送热量。
“在我看来，这是一种非常自然的3D打印金属方式，”LaRosa 在视频通话中告诉我们。 “你从线圈中产生一个电磁场，任何通过该场的铁磁金属都会被你在金属中感应出的涡流感应加热。我们从这个过程中移除了激光；我们只需将电线送入喷嘴 ，并在它通过时对其进行感应加热。我们称之为快速感应3D打印，或 RIP。它可以让您以更少的能量损失达到相同的目标。”
这个过程的效率有多高？ “在许多方面，基于激光的工艺的效率非常糟糕，”LaRosa 说。 “这是一种传递热量的光学方式。转向感应过程，你会大大提高效率。与定向能量沉积、基于激光的送丝方法相比，我们希望提高 30-50% “在消耗的总能量上效率很高。与其他人相比，它可以接近一个数量级。”
原料也不必是铁磁性的。 “铝是我们的一个重要目标，因为它构成了航空航天中许多结构部件的基础，而且它丝毫没有磁性，”LaRosa 说。 “因此，我们找到了利用冶金科学突破性方法对原料进行感应加热的独特方法。您可以感应加热感应材料的护套，或者您可以让目标原料通过感应加热通道，通过物理接触传递热量。”
Mantis 在露天运行，使用常规工业 240 伏电源插座，可以为航空航天客户3D打印以前几乎不可能实现的结构部件
这使该工艺适用于范围广泛的金属。 到目前为止，该公司已经对钢和铝进行了广泛的测试，但 LaRosa 表示它应该能够处理大多数金属：“从我们所看到的情况来看，广泛用于航空航天的材料和我们瞄准的利基市场，它可以处理它们且相当全面，”他说。 “可能有许多材料会突破极限，但即便如此，我们仍有空间来改变工艺并可能也解决这些问题。钛是一种非常可行的材料，但我们正在研究其他一些材料 . 最直接的一种是白铜，它在某些用途中具有非常好的机械性能。但总的来说，该工艺对任何市售的金属丝形式的材料都表现得相当好。”
该3D打印机目前可处理直径在 1-10 毫米之间的电线，但 LaRosa 表示，如果需要，只需加宽喷嘴即可轻松向上扩展。
Rosotics 已经构建了一个原型——风格相当大。 “在我这边的墙后面有一台全尺寸3D打印机原型，”LaRosa 说，“打印宽度约为 26 英尺（8 m），高度约为 20 英尺（6.1 m）。该机器运行三个喷头 ，每个每小时推 15 公斤（33 磅）多一点的金属。作为一个系统，它每小时放下大约 50 公斤（110 磅）。它使用 240 伏的电源插座，就像你在任何典型的仓库环境——如果你运行的是大型线材激光打印机，你可能会考虑联系电力公司以获得更大的电网连接。我认为这很重要；当你使过程更有效率时 , 整个画面都简化了。
“我们的工艺也在露天进行，”他继续说道，“因此您不必将整个打印体积包含在真空室中。对于其他基于激光的工艺，您需要均匀加热整个结构，以减少过程引起的残余应力。我们不必在打印后进行那种操作。这进一步简化了操作。当你达到大规模时，整个美国可能只有少数几个这样大小的热处理炉。”
据称，RIP 工艺可以使整个工艺更快、更便宜，并且可以将金属3D打印的规模扩大到几乎无限。 “我们开始的很多原因，”LaRosa 说，“是因为3D打印彻底改变了制造和零件的制造方式——但它受到尺寸的限制。重工业一直无法在你真正想要应用3D打印的领域使用3D打印——大批量生产的大型零件。这就是我们存在的原因。我是一个20、21岁的孩子，从事火箭结构的设计和生产工作，我为我们不能在那种规模上使用3D打印而感到痛苦。我相信航天领域的其他人也有同样的感觉"。
“通过教育、培训和实践，我成为了一名工程师，”他说，“我必须成为一名创始人——必须克服3D打印中的这一限制。当这个过程显然可以做到这一点时，我在它存在之前晚上无法入睡。我一开始并不完全有信心，但当我开始向链条上越来越高的人推销它时，即使是在 NASA 的生态系统中，我发现这个过程会按预期执行 , 那就是我必须全职工作并使这件事成为现实的地步。现在的每一天，我都谦卑地看到这个过程——不仅是在模拟中，而且在现实中，做我们期望的事情 . 我们真的很高兴能将它推向市场供客户使用。
“我们的系统非常适合结构应用，例如火箭结构或坦克结构，”他继续说道。 “航空航天需要的任何一种结构部件，我们的系统都能做到。但它的设计目的是扩展到整个重工业。能源、海洋建设，我们可以很好地满足这些应用。”
“我们获得了种子前水平的资金，”LaRosa 说，“以验证该过程。我们已经构建了平台和原型，非常有信心地知道该过程可以产生什么。现在我们正准备迎接挑战：建立装配线和生产，其自身的挑战不仅在于使机器工作，而且在于高效地重复大量制造它们。我们非常重视垂直整合，并拥有模块化平台可以随时间变化以满足不同的应用。因此我们正在开发内部组装和生产能力。
“我们有许多客户已经签约，”他继续说道，“但我们不能在这里宣布任何事情。就时间框架而言，我们估计该系统将在今年晚些时候准备好进行全面交付。”
Rosotics今天为合格客户开放了制造服务。从今年10月开始，客户只需支付 95,000 美元的最低存款，就可以打印直径达 30 英尺（9.1 米）、重量达几公吨的钢或铝打印件。 该公司还宣布其“高度先进的生产园区”将位于亚利桑那州梅萨的猎鹰机场。
值得注意的是，目前还没有任何样品3D打印，但潜在客户似乎很快就能亲眼看到这项技术在航空航天所需的质量和精度方面有多好。我们期待看到它的进展。
