金屬3D打印能做成流水線？！被英偉達投資的Freeform放出震撼制造過程

多年來，3D打 印技術開發商從未停止盡最大努力提升打印速度，以期進一步降低制造成本，這一點在SLM技術上體現的淋漓盡致。自SLM Solutions在2020年上市了業內第一臺配備12激光的金屬3D打印機后 ，以增加激光器數量為手段的開發形式經歷了一段時間的市場PK，所配備的激光器數量甚至達到了64臺。當然也有一些例外，例如將近紅外激光器演變為綠光、藍光、區域3D打印以及光束整形技術。但，請看一下下面的制造的過程是否覺得有些震撼：

這就是由Freeform推出的下一代金屬3D打印自動化工廠概念。當然，它能否真正演變成真，目前還不能下定論。但在2024年，英偉達旗下NVentures和波音旗下AE Ventures共同出資1400萬美元投資了這家3D打印技術開發商。

3D打印技術參考查詢到，它是一家由前SpaceX工程師創立的由AI驅動金屬3D打印的高科技企業，主張采用先進的傳感、實時控制和數據驅動的學習，實現金屬3D打印自動化工廠的構建。該公司于今年3月釋放了一段未來打印的場景，極具震撼力。本文接下來要著重介紹這家公司如何通過對設備結構和打印流程進行改造，顯著提升打印效率。

Freeform Future首席工程師正在觀察3D 打印過程

Freeform公司于2018年成立，它所期望的并不是試圖建造一臺3D打印機器，而是將整臺裝備視作自動化的3D打印工廠，使用數十臺激光器用金屬粉末制造大型零件或批量制造小尺寸零件，應用將覆蓋航空航天、汽車等行業。該公司此前從未公開討論過其打印方法，但表示該技術可以使其制造金屬零件的速度比現有方法快25-50倍，而且成本僅為現有方法的一小部分。

Freeform的聯合創始人兼首席執行官Erik Palitsch在SpaceX工作了10年，而SpaceX在其火箭發動機的開發過程中大量使用3D打印技術以突破制造極限，Palitsch領導了許多發動機開發項目。但其表示，他和馬斯克都知道現有的3D打印機不足以滿足公司雄心勃勃的目標。“當我們告訴埃隆一些新項目的機器成本是多少，而且總是需要一大群人來操作它們時，他幾乎失去了理智。”2018年底，Palitsch和SpaceX資深人士Thomas Ronacher創辦了Freeform，并希望重寫3D打印的一些基本過程。通常，一個或多個零件會在機器內同時打印，但這種仍受到打印尺寸的限制。

通過仔細查看該公司釋放出的打印流程，3D打印技術參考注意到該公司所開發的設備在艙室結構和鋪粉方式上與常規的SLM過程完全不同。首先，在艙室結構上，其具有前后兩部分成形空間，均用來打印零件，可視部分并沒有布置供粉缸；鋪粉過程在打印區間的左側完成，與傳統的水平方向固定缸位不同，其所設計的成型缸可水平移動，在打印完一層之后，成型缸移動到左側的不可視空間內完成鋪粉，再移動回成形區間；在一個缸鋪粉的過程中，激光并不停歇，而是打印另一個區間的零件，因此實現了不間斷制造。對于鋪粉方式，可以猜測其采用的是上供粉。而且，Freeform配置的激光器數量多達數十臺，屬于多種形式疊加來提升打印效率。

因此，這種流程上的創新，至少帶來兩項改變。首先，可以顯著提升打印效率，其采用一臺設備實現了兩臺設備并行運行的效果，而多臺設備并行運行是擴大制造規模的一項重要手段，進一步的可推動打印速度的提升。其次，其具備在一個打印流程中制造兩種材料的可能性，當然兩種材料是在不同的缸內分別打印。

一層正在熔化的金屬粉末（來自《彭博商業周刊》）

Freeform已將英偉達加速計算平臺用于金屬3D打印監測與預測

可以說，Freeform正在重新設計3D打印將原材料轉化為成品的過程。從某種意義上說，這就像是一條金屬3D打印的流水線。其首席執行官表示，“我們必須實現大規模生產，才能向更多行業開放，而使用傳統機器根本無法實現這一目標。”

Freeform的投資者主要關注工業領域。領導SpaceX發動機開發多年、同時也是Freeform投資人的Tom Mueller表示：“他們做的主要事情就是將其價格降低到更像汽車制造成本，而不是航空航天成本，同時還大幅提高了打印速度。”

Freeform 3D打印的零件

Freeform 3D打印的零件

傳統的SLM 3D打印機由于鋪粉過程的存在，激光總是間斷運行，如果3D打印機的運行時間達到60%，通常就會認為這是成功的。Freeform有望顯著減少停機時間，它有兩個平行的輸送系統，多個金屬板沿著它們排列。當傳送帶將板材移入和移出光束時，它的18個激光器不間斷運行。相機組合以每秒超過70000幀的速度拍攝圖像，將數據輸入計算機視覺算法，以協調激光器的出光方式。Palitsch表示，傳統機器每小時可熔化約100克金屬粉末，而Freeform現在每小時可熔化5公斤，并且很快將通過其技術迭代實現更快的打印速度。

首席科學官Tasso Lappas在控制室監控3D打印流程（來自《彭博商業周刊》）

首席電氣工程師管理連接到3D打印機頂部激光器的電纜

測試過Freeform技術的火箭發動機制造商Ursa Major Technologies的首席運營官Nick Doucette表示，雖然打印速度的提升和更低的價格是重要優勢，但Freeform系統的真正價值在于它如何在打印過程中實現監控。3D打印零件可能存在缺陷，客戶傾向于使用過時的手動檢查最終物體的強度等性能指標。Freeform使用大量的傳感器、掃描儀和人工智能軟件來評估質量，并可以在構建過程中進行調整。

Palitsch表示，其所開發的設備更像是一個完全自主的3D打印工廠，通常需要數周時間的工作將在數小時內完成，并且只需要很少的人工參與。但Freeform目前的機器看似具有革命性的潛力，但目前付費客戶仍很少。其仍然像一臺原型機器，也不像其所設想的那么自動化。為了使該技術實現真正突破，Freeform必須證明其機器運行速度快、成本低，足以將3D打印推向廣泛的新市場，并應對傳統的大規模制造的挑戰。

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