CI公司和橡树岭国家实验室联合推出升级版BAAM系统，可用于多材料3D打印

2021年5月15日，南极熊获悉，橡树岭国家实验室（ORNL）的长期合作伙伴——辛辛那提公司（CI），一家机床和3D打印技术的开发商，已经可以成功3D打印出超大型多材料部件，并且他们认为这是迄今为止最大的单体多材料部件之一。

CI公司的合作伙伴通过使用其升级版的大型增材制造（BAAM）系统，证明了仅使用回收的复合材料进行大尺寸部件3D打印是可行的。在过去的几年里，CI一直与ORNL合作，不断开发BAAM，最新的改进推出了一个新的挤出机设计，可以实现双材料进给。

CI的增材制造产品经理AlexRiestenberg解释说："这项特殊研究的目的是展示包括过渡段在内的多材料复合材料工具的打印，长度超过10英尺，并含有可回收材料，同时在打印时不需要人工干预"。

△大尺寸的BAAM 3D打印机。照片来自CI公司

多材料3D打印的优势

为示范项目选用的部件原型是一个混凝土浇注工具，用于生产纽约高层建筑的商业窗板。这个模具的3D打印版本重约181公斤，长度超过3.3米。总的打印时间为7个小时，部件使用的两种复合材料是可全回收的CF/ABS和标准型CF/ABS塑料与ABS合成泡沫塑料。通过使用多材料设置，这两家公司发现他们可以将导电电路纳入他们的部件，实现智能结构。两种材料的使用还允许核心结构轻量化，更容易去除支撑物，进行局部加固，并通过多种颜色的方式实现更多的审美自由。

ORNL的材料科学家Vidya Kishore补充说："研究表明，通过在一个结构中使用多种材料，可以实现新的机械反应和多功能性。这包括具有量身定制的机械性能的轻质结构，零件内的软硬部分，以及抗冲击结构"。

△3D打印的模具重达181公斤左右。照片来自CI公司

用BAAM进行大部件生产

这次项目成功的关键在于BAAM系统的大型部件生产功能。这款3D打印机是与ORNL联合开发的，最初用于研究大尺寸的单一材料零件。随着最新版本的升级，BAAM现在配备有一个大型的双材料热塑性塑料挤出系统，这使得合作商只用一个挤出机就能够同时实现两种不同材料的打印。

Riestenberg解释说："在打印过程中，通过在挤出机的进料口上端来回滑动两个材料喷嘴，可以在特定的时间内快速切换送入挤出机的材料来源。这款系统还包括机器框架外的材料混合器，可以在运行中混合特定数量的不同材料和填料，以获得特定的定制材料等级"。

通过将材料进给切换机制与材料混合器相结合，BAAM用户有能力在一次构建过程中使用多种复合材料组合进行打印。据CI报道，BAAM的最新迭代据说是唯一具有这种能力的商业3D打印机，这与其他多材料打印平台有着很大不同。

△正在进行3D打印的3.3米模具。照片来自CI公司

像CI的181公斤级3D打印铸造模具这样的项目的完成，表明了超大型3D打印已经取得了很大的进展。今年早些时候，制造系统供应商英格索尔机床与航空公司贝尔展开合作，3D打印了一个22英尺长的真空修整工具，用于生产直升机旋翼。这种零件需要520公斤的ABS，并填充20%的切碎的碳纤维，从开始到完成打印大约需要75个小时。

在其他领域，例如国防方面，美国ASTRO公司最近被选中参与协调美国陆军的一项新举措，主要是重点开发用于生产地面车辆的超大型金属3D打印机。该系统作为无接头车体项目的一部分，将被用于3D打印坦克和悍马车的单件装甲车体（底盘）。

在国内，北航王华明院士在大尺寸构件的3D打印领域有着深入研究，他曾主持的“钛合金大型复杂整体构件激光立体成型技术”项目，为运-20、歼-15等国产大飞机和新型战斗机提供了关键受力大型部件，实现了用激光直接制造金属大型复杂构件的创新突破，使我国成为目前世界上唯一突破飞机钛合金大型主承力结构件激光快速成型技术、实现装机应用的国家。同时，这项技术填补了我国该技术领域的空白，打破了西方发达国家的长期封锁，成为我国金属3D打印史上的重要里程碑。

△王华明院士

南极熊认为，开展大型构件3D打印技术研究的必要性是毋庸置疑的，这是在国防、军事等领域都有着极为广阔应用前景的突破性技术。相信未来，在王华明院士等科研人员的努力下，我国的激光3D打印技术也将实现更高水平的发展。