麻省理工學院教授創(chuàng)辦的VulcanForms致力于3D打印產業(yè)化

增材制造的前沿技術為尋求制造流程的轉變和新產品的創(chuàng)造提供了無限可能。各種公司若是想踏入增材制造領域，首先要做的事情就是投入巨資購買最新的3D打印機，然后想辦法將它們整合到公司的運營中。但3D打印機在許多工業(yè)應用中的吞吐量很低，不適合批量生產。由麻省理工學院教授 John Hart 創(chuàng)立的 VulcanForms公司正提供數字制造服務，以大規(guī)模構建工業(yè)產品。VulcanForms公司將協(xié)助客戶進行材料選擇和產品設計，然后在其生產車間打造可擴展的制造工作流程。



每個工作流程的核心都配備專有的激光粉末床熔合 (LPBF) 金屬 3D 打印機，它使用一系列可控的激光束來生產具有復雜設計的高性能金屬零件。這些打印機可以通過數字控制設備與VulcanForms的加工、機器人技術和后處理設備集成在一起，該數字線程還可以在零件生產時對其進行監(jiān)控。

Hart表示：“LPBF技術在噴氣發(fā)動機燃料噴嘴和整形外科植入物等多種應用中起到了很大的作用，但它一直沒有更加深入的發(fā)展。VulcanForms看到了實現(xiàn)工業(yè)規(guī)模增材制造并將其與數字生產系統(tǒng)集成的巨大市場機會。”



VulcanForms 目前正在為醫(yī)療、國防、半導體和航空航天行業(yè)的公司生產零件，在幾天內將設計轉化為成品零件。創(chuàng)始人表示，VulcanForms 的質量超過了鈦、鎳基合金和高級鋼合金等材料的行業(yè)標準。

VulcanForms目前正在馬薩諸塞州德文斯和紐伯里波特完成其前兩個數字制造設施。完成后，Devens工廠除了具有后處理能力外，還將容納數十個公司的增材制造系統(tǒng)。創(chuàng)始人表示，這些系統(tǒng)將使德文斯成為世界上產量最高的金屬增材制造工廠。紐伯里波特工廠專注于精密加工、工業(yè)自動化和裝配操作。VulcanForms 將這些技術與數字主線相結合，正在構建基于美國的數字制造基礎設施，該基礎設施將定義產品的設計、制造和交付方式。

3D打印應用于工業(yè)生產中
Hart稱他進入增材制造領域是偶然的，這一切源于2013 年，一位同事邀請他為麻省理工學院的先進制造與設計工程碩士課程授課。“我不記得是什么促使我提議將課程重點放在增材制造上，因為我還沒有在該領域進行研究，這堂課是我用來探索新興趣并激發(fā)學生熱情和好奇心的實驗。”



Feldmann是該班的一名學生，當時他正在麻省理工學院學習第一個學期。基于項目的課程要求學生測量 3D 打印部件的精度，改進其性能。Feldmann說：“麻省理工學院會教授學生技術性很強但非常適用的東西，在麻省理工學院，學習增材制造不僅僅是計算事物，它還提供動手操作打印機的機會，這里有熔融沉積打印機，我真的很喜歡這種課程設置，它為行業(yè)和初創(chuàng)公司的領先研究工作做好準備。”

獲得學位后，F(xiàn)eldmann成為研究專家，研究納米材料和電池電極。但Feldmann和Hart繼續(xù)集思廣益，使增材制造更具工業(yè)相關性。最終，他們決定建造一種新型 LPBF 金屬打印機，使大量激光器能夠同時運行，從而在提高產量的同時保持成品零件的質量。

“我們的目標是重新設計 LPBF 工藝，并以一種能夠實現(xiàn)更高、更一致的質量的方式進行，我們認為這是增材制造工業(yè)化的主要障礙。”Hart說。

考慮到這一使命，F(xiàn)eldmann 和 Hart 決定邁出一大步，開始建立VulcanForms，F(xiàn)eldmann 在開發(fā)第一臺打印機原型時用了將近兩年的時間。如今，該公司的打印機在每一層中使用數百條焊接軌跡，激光通過這些軌跡同步移動，這些激光器共同提供高達100千瓦的功率。VulcanForms 的生產鑄造廠還包括 CNC 加工和后處理設備。

Hart 說：“從一開始，我們就將 3D 打印視為數字制造的基石，其中軟件和硬件協(xié)同工作以編碼和執(zhí)行生產指令，構建的軟件允許每個部分在每一層的每個體素中局部接收相同的溫度。能夠增加產品的生產速率，同時保持生產的一致性。”

幫助3D打印發(fā)揮其潛力



2021年，一家超級計算機制造商為其處理器中的冷卻組件使用了 VulcanForms 設計。包含數十個微觀通道的鈦部件非常復雜，只能使用增材制造來制造。正如《紐約時報》 報道的那樣，兩天后 VulcanForms將其成功制造了出來。VulcanForms 還為航空和國防承包商生產醫(yī)療植入物、工業(yè)工具和輪胎模具以及組件。Feldmann 認為增材制造帶來的創(chuàng)新推動了許多行業(yè)的技術進步。該公司還將數字生產技術推動的制造業(yè)轉型視為美國改善經濟繁榮及其創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)的機會。

Hart 說：“VulcanForms 認為，美國最大的機會之一是圍繞數字生產系統(tǒng)重建其工業(yè)生態(tài)系統(tǒng)，數字優(yōu)先生產技術，包括增材制造和自動化精密加工，可實現(xiàn)更具創(chuàng)新性、資源效率更高且更具彈性的供應鏈。制造業(yè)的創(chuàng)新是美國經濟的支柱。”