总部位于俄亥俄州的增材工程解决方案公司（AdditiveEngineering Solutions，简称AES）如今已成为大幅面 3D 打印领域的领导者，公司创立源于美国能源部橡树岭国家实验室（ORNL）制造示范设施（MDF）的研究成果。
2014年，橡树岭国家实验室（ORNL）、辛辛那提公司及其他行业合作伙伴在国际制造技术展（IMTS）的展厅内，用3D打印机制作了一辆汽车。IMTS是一个展示制造业最新进展的行业盛会。当时在卡特彼勒公司担任工程师的奥斯汀·施密特，在熙熙攘攘的会场中，被眼前的景象深深吸引。这次演示不仅展现了创新的一面，更揭示了大幅面聚合物打印的巨大潜力。
不久之后，他便与卡特彼勒公司的同事们齐聚MDF，用3D打印机制作了一个推土机框架的模型。施密特和他的团队发现这个重达2000磅的模型在装配验证方面非常实用，于是希望继续与MDF合作，进行更多大型聚合物打印项目。然而，MDF的使命是开展研究以解决问题，而不是按需生产。施密特说：“我常说，‘橡树岭国家实验室的MDF打印机可以为任何人打印一个零件，但不会为任何人打印两个零件。’当时我就想，‘如果他们连卡特彼勒这样的大公司都拒绝，那他们还会拒绝谁呢？’”
施密特联系了辛辛那提公司，看他们是否能提供帮助，但发现他们也不履行订单——他们的重点是制造打印机。施密特向他的朋友安德鲁·巴德提到了这个市场空白，巴德通过家族的金属加工公司拥有行业经验。两人之前已经尝试过小规模的3D打印商业项目——为什么不也创办一家公司，提供大幅面打印的常规服务呢？AES公司的第一步是筹集足够的资金购买一台大型增材制造（BAAM）打印机——这台机器体积庞大，足以容纳一场小型晚宴。这款打印机由AES与橡树岭国家实验室（ORNL）合作开发，设计源自辛辛那提大学的金属激光切割机。将其改造为BAAM打印机的第一步，就是将激光切割头更换为聚合物挤出机。
△照片拍摄于AES公司成立初期，照片中Austin Schmidt和Andrew Bader站在一台由辛辛那提公司（Cincinnati Inc.）生产的大型3D打印机前。（图片来源：AES）
聚合物3D打印的工作原理是将熔融塑料从喷嘴喷出。随着喷嘴来回移动，层层热聚合物不断叠加，最终形成所需形状。在BAAM打印中，放置聚合物的平台会沿第三个方向（上下）移动，从而实现打印件的构建。这一动作由橡树岭
国家实验室（ORNL）研究人员开发的“Slicer”计算机软件控制。橡树岭国家实验室Slicer首席软件工程师Alex Roschli说道：“Slicer软件程序会将一个物体‘切片’成层，然后为每一层匹配刀具路径。这些刀具路径决定了3D打印机的运动轨迹以及材料的挤出位置。”
对于 AES 来说，创业之初最大的挑战是学习和调整 Slicer 指令来控制 BAAM
系统，并找出打印件的精确几何形状。施密特和巴德尔一直与橡树岭国家实验室（ORNL）保持合作，寻求软件方面的帮助，他们也经常提出新的软件功能建议。巴德尔说道：“我们可能至少每月都会与ORNL联系，这种情况已经持续了近10年。”
AES目前正在努力解决聚合物3D打印的“温度适宜”问题。施密特说：“打印温度不能太高也不能太低，否则整个打印件就报废了。一个需要24小时才能打印完成的部件，可能在第22小时就全部报废了。”这是因为如果打印过程中因需要修复而停止，顶层就会开始冷却，而高温塑料无法与下方冷却的层形成牢固的粘合。这种“金发姑娘问题”也限制了打印尺寸，因为打印尺寸越大，喷嘴再次旋转到打印新层之前，底层冷却的风险就越高。但各层温度也不能过高，否则它们可能会熔化成一团变形的塑料。解决这个问题的一个方法是改变喷嘴的进给角度，将喷嘴倾斜到45度角。巴德尔说道：“切换到45度角后，每层的刀具路径都可以缩短，这样你就有更多空间来把握最佳喷涂效果。”
除了节省时间，45度打印还能制造出以前无法打印的新型产品，例如碗状物品。但这种解决方案也带来了一系列新的问题。罗施利说：“问题之一是，改变角度后，机器可能会撞到打印床上。此外还有其他几何方面的问题。为机器编写新的软件指令，使其能够以
45 度角喷嘴运行，这出乎意料地复杂。”在与 ORNL 合作进行此类软件改进的过程中，施密特和巴德尔逐渐占领了 BAAM
市场。巴德尔说道：“我们公司现在拥有全球仅有的15台BAAM打印机中的4台，”。“我们已成为大面积聚合物增材制造领域的全球领导者。”辛辛那提公司已停止生产这些打印机，因此AES现在成为其他公司寻求BAAM技术支持的首选资源。AES也在扩大实体规模，今年夏天已破土动工兴建新的厂房。施密特表示，橡树岭国家实验室的支持对于他们将新型公司构想变为现实至关重要。他说：“他们不仅向我们展示了如何使用机器，还为我们搭建了成功所需的整个生态系统。”
凭借众多行业合作伙伴，MDF（美国能源部先进材料与制造技术办公室支持的制造发展基金）能够为制造商牵线搭桥，每一次合作都能带来新的机遇。AES现在定期为航空航天、国防和建筑行业3D打印大型部件。巴德尔说：“大规模聚合物仍属于小众市场，市场规模不大，但每年都在增长。近几年，我们发展迅猛。这是因为市场本身终于跟上了步伐。”
来源：南极熊
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