ORNL與JuggerBot 3D合作開(kāi)發(fā)混合顆粒3D打印技術(shù)，兼容熱固性與熱塑性材料

2025年7月28日，南極熊獲悉，美國(guó)能源部橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（ORNL）和工業(yè)3D打印機(jī)設(shè)備制造商JuggerBot 3D宣布了它們的第二次研發(fā)合作，旨在將3D打印技術(shù)擴(kuò)展到新的熱固性聚合物材料領(lǐng)域。此次合作是橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的制造示范設(shè)施（MDF）技術(shù)合作計(jì)劃的一部分，它將集中于開(kāi)發(fā)能夠同時(shí)處理熱塑性和熱固性材料的3D打印系統(tǒng)。

△橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的制造示范設(shè)施（MDF）JuggerBot 3D打印機(jī)內(nèi)部一景

突破熱固性塑料3D打印技術(shù)限制

熱固性塑料和熱塑性塑料在高溫下的行為不同，各自擁有獨(dú)特的材料屬性和優(yōu)勢(shì)。目前，3D打印技術(shù)主要集中在熱塑性塑料上，而熱固性塑料因自身耐高溫性能而適用于更廣泛的應(yīng)用，但它在3D打印領(lǐng)域的應(yīng)用受到限制。ORNL與JuggerBot 3D的首次合作已經(jīng)解決了顆粒進(jìn)料3D打印中的關(guān)鍵障礙，提升了打印質(zhì)量和一致性，為多種行業(yè)應(yīng)用開(kāi)辟了新的可能性。

此次合作將基于先前合作的成果，進(jìn)一步提高3D打印技術(shù)的生產(chǎn)效率和材料適用性。合作團(tuán)隊(duì)將開(kāi)發(fā)新的切片軟件和打印機(jī)硬件，使系統(tǒng)能夠獨(dú)立處理熱固性材料，并實(shí)現(xiàn)熱固性和熱塑性材料的混合打印。JuggerBot 3D將創(chuàng)建集成新的熱固性材料卡，以支持這一創(chuàng)新。

△ORNL Slicer 2屏幕截圖

JuggerBot 3D總裁兼聯(lián)合創(chuàng)始人Zachary DiVencenzo表示“當(dāng)我們公司首次轉(zhuǎn)向顆粒進(jìn)料3D打印時(shí)，我們面臨著巨大的風(fēng)險(xiǎn)，因?yàn)闆](méi)有可用的切片機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)我們的設(shè)想，直到我們遇到了ORNL團(tuán)隊(duì)。他們現(xiàn)有的切片軟件是我們發(fā)展所需的基礎(chǔ)。現(xiàn)在，更新后的開(kāi)源Slicer 2展示了ORNL如何為所有先進(jìn)制造業(yè)進(jìn)行創(chuàng)新。我們遠(yuǎn)非唯一一家從中受益的公司�！�

接下來(lái)，合作團(tuán)隊(duì)探索了實(shí)時(shí)校準(zhǔn)JuggerBot 3D顆粒進(jìn)料擠出機(jī)速度和材料輸出的方法。研究人員開(kāi)發(fā)了一種珠子表征系統(tǒng)，利用激光技術(shù)測(cè)量沉積聚合物珠子的寬度，使擠出機(jī)能夠根據(jù)需要進(jìn)行補(bǔ)償，從而實(shí)現(xiàn)更高的打印精度。

DiVencenzo說(shuō)：“最后一個(gè)階段的重點(diǎn)是通過(guò)自動(dòng)化最大限度地提高效率。最初有這個(gè)想法，我們后來(lái)將它商業(yè)化，即在我們的打印機(jī)內(nèi)開(kāi)發(fā)一個(gè)材料數(shù)據(jù)庫(kù)，其中包含數(shù)十萬(wàn)種材料的關(guān)鍵工藝參數(shù)，”

△MDF技術(shù)合作計(jì)劃讓行業(yè)合作伙伴與ORNL員工開(kāi)展短期合作項(xiàng)目，以加速開(kāi)發(fā)和部署新型節(jié)能制造技術(shù)、材料或工藝

實(shí)現(xiàn)熱固性與熱塑性材料的混合打印

ORNL幫助JuggerBot 3D實(shí)現(xiàn)了這一創(chuàng)新，使它能夠?yàn)榭蛻籼峁┮子眯院透叨裙δ苄�。通常，操作員必須向切片軟件提供有關(guān)機(jī)器、打印速度、系統(tǒng)校準(zhǔn)和材料工藝參數(shù)的詳細(xì)信息。然而，ORNL Slicer 2、新校準(zhǔn)技術(shù)和JuggerBot 3D材料卡的結(jié)合，使得操作員無(wú)需具備這些專業(yè)知識(shí)即可運(yùn)行數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的自動(dòng)化流程。

ORNL研究員Alex Roschli表示：“操作員只需知道要使用哪臺(tái)機(jī)器即可。他們只需對(duì)CAD設(shè)計(jì)進(jìn)行一次切片，然后系統(tǒng)就會(huì)加載材料卡數(shù)據(jù)并完成剩余工作。每次更換材料時(shí)，他們無(wú)需運(yùn)行整個(gè)校準(zhǔn)過(guò)程。這可以節(jié)省數(shù)天甚至數(shù)周的時(shí)間。這對(duì)公司來(lái)說(shuō)意義重大�！�

該項(xiàng)目與美國(guó)空軍研究實(shí)驗(yàn)室的JuggerBot 3D項(xiàng)目同時(shí)進(jìn)行。目前，這家公司已獲得400萬(wàn)美元的資助，用于開(kāi)發(fā)一種能夠同時(shí)加工熱塑性塑料和液態(tài)樹(shù)脂熱固性塑料的大型先進(jìn)制造系統(tǒng)。

ORNL和JuggerBot 3D將改進(jìn)切片軟件和打印機(jī)硬件，使它能夠獨(dú)立處理熱固性材料，并同時(shí)處理熱固性材料和熱塑性材料，這在業(yè)內(nèi)尚屬首創(chuàng)。JuggerBot 3D將創(chuàng)建并集成新的熱固性材料卡。與首次合作一樣，此次合作最終將催生出可直接融入生產(chǎn)工作流程的技術(shù)，這為整個(gè)制造示范設(shè)施生態(tài)系統(tǒng)中的制造商、終端用戶和高校帶來(lái)了發(fā)展機(jī)遇。