Essentium公司新工艺让FDM 3D打印Z轴更坚固
熔融沉积成型（FDM）是最为常见的一种3D打印技术，该技术因为相对简单、成本相对低廉、适应性强而在很多领域都有着广泛的应用。但是FDM有着一个经常被人忽视、但很重要的缺陷，那就是使用FDM技术打印出来的3D对象，在Z轴方向上不像在X轴和Y轴方向上那么结实。这是因为线材在X轴和Y轴方向上是作为连续的线被挤出的，而在Z轴方向上则是一层层叠加的。因此，FDM技术3D打印出来的对象更容易沿着Z轴断裂。
为了使FDM 3D打印拥有各向同性的强度，即强度在每一个方向上相同，热塑性复合材料研究公司Essentium Materials和FDM打印机制造商Cosine Additive携手，共同开发出了一款能使打印对象Z轴强度更高的FDM 3D打印机。
据了解，这个想法是由 C. Brandon Sweeney三年前在美国陆军研究实验室的时候提出来的，当时他是这个项目的主要发明者及技术负责人。使用德克萨斯理工大学和德克萨斯农机大学授权的技术，Sweeney开发出了一种热焊接装置，这种装置可以连接到FDM 3D打印机的打印头上。当3D打印机打印了一定层数之后，该装置就会利用一种电场将这些层融合在一起。
Essentium公司的技术主管Blake Teipel描述了这个过程：“当您利用FDM工艺逐层沉积材料时，层与层之间的聚合物链并不互相作用，他们只是简单地彼此叠加而已。但当你施加了大量的热能后，它们就可以融化在一起。这就是它们的强度所在。”
Essentium公司是在大约一年前介入该项目的，当时Essentium的团队才开始研究FDM 3D打印自身的缺陷，就已经把各向同性强度的缺乏作为一个需要解决的主要问题。继而，研究团队在寻找可能的技术来解决这一问题的时候，接触到了Sweeney和他的成果。于是，双方一拍即合，Essentium团队凭借着自己在材料方面的专长，和这位发明者一同合作来使他的技术商业化。
Cosine Additive随后也参与了该机器平台的开发。开发团队使用Sweeney的装置对Cosine Additive已有的AM1 3D打印机进行了改造。由此开发出的新型EM1 3D打印机安装了一套全新的电子器件、电场发射器，并在机器两侧加装了屏蔽装置，以防止内部能量伤害到操作者。
Essentium公司则为该系统提供了专用的材料，目前主要是一种带碳纳米管涂层的PLA线材。EM1在使用该碳纳米管PLA复合材料3D打印时，一旦材料沉积超过1英寸，电场机会将相应的层数熔合在一起。
Teipel解释了为什么要选择电场这种方式。“由于它是一种电场，你可以用它从各方面穿透整个材料。从这一方面讲，它比超声波、激光或其他热处理技术都有优势。即它不局限于表面处理。”据悉，使用这一技术3D打印的部件具有的层间强度相当于材料在打印之前强度的95%。
根据Teipel的说法，目前该技术最适合的应用是承重假肢装置的制作。虽然3D打印一直被认为是创建低成本定制的假臂和义手的强大工具，但是在3D打印承重下肢装置方面一直进展不大。
目前，Essentium的姐妹公司TriFusion Devices已经开始为小腿假肢3D打印定制的接受腔。Trifusion公司，其CEO是Teipel，还开发出了一种基于微波的热焊接工艺，提高了FDM部件的Z轴强度。
Teipel解释说，利用电场和微波技术，“我们可以在一夜之间3D打印出承重接受腔，而不是4至8周的生产周期。”此外，在今年内4月份Trifusion还凭借着他们的解决方案在Rice商业计划竞赛（RBPC）中胜出，并得到近40万美元以启动其业务。
Essentium和Cosine目前正在为其EM1 3D打印机寻找Beta测试客户，他们准备在一年之内正式推出商业化的机型。任何对EM1有兴趣的个人或机构都可以通过Blake@EssentiumMaterials.com邮箱与Teipel联系。
（编译自Engineering.com）
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