ORNL與JuggerBot 3D合作開發(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，美國能源部橡樹嶺國家實驗室（ORNL）和工業(yè)3D打印機設(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)擴展到新的熱固性聚合物材料領(lǐng)域。此次合作是橡樹嶺國家實驗室的制造示范設(shè)施（MDF）技術(shù)合作計劃的一部分，它將集中于開發(fā)能夠同時處理熱塑性和熱固性材料的3D打印系統(tǒng)。

△橡樹嶺國家實驗室的制造示范設(shè)施（MDF）JuggerBot 3D打印機內(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，各自擁有獨特的材料屬性和優(yōu)勢。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)用開辟了新的可能性。

此次合作將基于先前合作的成果，進一步提高3D打印技術(shù)的生產(chǎn)效率和材料適用性。合作團隊將開發(fā)新的切片軟件和打印機硬件，使系統(tǒng)能夠獨立處理熱固性材料，并實現(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“當我們公司首次轉(zhuǎn)向顆粒進料3D打印時，我們面臨著巨大的風險，因為沒有可用的切片機能夠?qū)崿F(xiàn)我們的設(shè)想，直到我們遇到了ORNL團隊。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，更新后的開源Slicer 2展示了ORNL如何為所有先進制造業(yè)進行創(chuàng)新。我們遠非唯一一家從中受益的公司。”

接下來，合作團隊探索了實時校準JuggerBot 3D顆粒進料擠出機速度和材料輸出的方法。研究人員開發(fā)了一種珠子表征系統(tǒng)，利用激光技術(shù)測量沉積聚合物珠子的寬度，使擠出機能夠根據(jù)需要進行補償，從而實現(xiàn)更高的打印精度。

DiVencenzo說：“最后一個階段的重點是通過自動化最大限度地提高效率。最初有這個想法，我們后來將它商業(yè)化，即在我們的打印機內(nèi)開發(fā)一個材料數(shù)據(jù)庫，其中包含數(shù)十萬種材料的關(guān)鍵工藝參數(shù)，”

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

實現(xiàn)熱固性與熱塑性材料的混合打印

ORNL幫助JuggerBot 3D實現(xiàn)了這一創(chuàng)新，使它能夠為客戶提供易用性和高度功能性。通常，操作員必須向切片軟件提供有關(guān)機器、打印速度、系統(tǒng)校準和材料工藝參數(shù)的詳細信息。然而，ORNL Slicer 2、新校準技術(shù)和JuggerBot 3D材料卡的結(jié)合，使得操作員無需具備這些專業(yè)知識即可運行數(shù)據(jù)驅(qū)動的自動化流程。

ORNL研究員Alex Roschli表示：“操作員只需知道要使用哪臺機器即可。他們只需對CAD設(shè)計進行一次切片，然后系統(tǒng)就會加載材料卡數(shù)據(jù)并完成剩余工作。每次更換材料時，他們無需運行整個校準過程。這可以節(jié)省數(shù)天甚至數(shù)周的時間。這對公司來說意義重大。”

該項目與美國空軍研究實驗室的JuggerBot 3D項目同時進行。目前，這家公司已獲得400萬美元的資助，用于開發(fā)一種能夠同時加工熱塑性塑料和液態(tài)樹脂熱固性塑料的大型先進制造系統(tǒng)。

ORNL和JuggerBot 3D將改進切片軟件和打印機硬件，使它能夠獨立處理熱固性材料，并同時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了發(fā)展機遇。