ORNL和密西西比州立大學(xué)聯(lián)手推進(jìn)大幅面混合增材制造項目

2024年9月24日，南極熊獲悉，橡樹嶺國家實驗室（ORNL）和密西西比州立大學(xué)（MSU）先進(jìn)復(fù)合材料研究所 (ACI) 已被選中協(xié)助 JuggerBot 3D LLC，作為大幅面 3D 打印公司混合增材制造 (AM) 項目的主要技術(shù)合作伙伴，該項目目前由空軍研究實驗室 (AFRL) 開發(fā)。

△密西西比州 ACI 團(tuán)隊

這兩家機構(gòu)因其在熔融顆粒制造(FGF) 和直​​接墨水書寫(DIW) 復(fù)合材料制造方面的專業(yè)知識而被選為技術(shù)合作伙伴。他們將合作開發(fā)可靠的工藝參數(shù)以實現(xiàn)一致的材料沉積，并展示生產(chǎn)復(fù)合材料制造生產(chǎn)工具所需的步驟。

這項 400 萬美元的國會獎項于2024 年 2 月宣布，由國防部研究與工程制造技術(shù)副部長辦公室 (OSD(R&E)) 資助，旨在推進(jìn)大尺寸混合增材制造（LPAF），以便生產(chǎn)對國防和航空航天工業(yè)至關(guān)重要的更快、更便宜的工具。

△ORNL團(tuán)隊

該項目涉及開發(fā)一個集成雙組分樹脂和顆粒進(jìn)料材料擠出技術(shù)的系統(tǒng)，處理性能級熱塑性聚合物和先進(jìn)的熱固性樹脂油墨，包括環(huán)氧樹脂和乙烯基酯。該系統(tǒng)的設(shè)計構(gòu)建體積為 360 立方英尺，展示了與 JuggerBot 3D 的增材技術(shù)同義的關(guān)鍵工藝控制。整個項目將于 2025 年 12 月完成，將經(jīng)歷幾個技術(shù)開發(fā)階段，從系統(tǒng)開發(fā)到全面建模和高級刀具路徑開發(fā)。

隨著項目進(jìn)入系統(tǒng)開發(fā)和驗證階段，ORNL 和 MSU ACI 的專業(yè)知識至關(guān)重要。橡樹嶺國家實驗室以推動創(chuàng)新增材制造技術(shù)而聞名，包括熔融顆粒制造（又稱顆粒進(jìn)料 3D 打印），該實驗室已被選中支持先進(jìn)的刀具路徑生成軟件。

此次選擇建立在之前的合作研究與開發(fā)協(xié)議 (CRADA) 基礎(chǔ)之上，該協(xié)議專注于復(fù)雜的 AM 處理，例如 JuggerBot 3D 的珠粒表征系統(tǒng) (BCS) 和 JuggerBot 3D 材料卡中的其他功能。作為行業(yè)首創(chuàng)，ORNL 和 JuggerBot 3D 將增強切片軟件和打印機硬件，以獨立和同時處理熱固性塑料和熱塑性塑料。因此，JuggerBot 3D 還將開發(fā)和集成熱固性材料卡。

密西西比州立大學(xué)先進(jìn)復(fù)合材料研究所是復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域備受尊敬的領(lǐng)導(dǎo)者，將領(lǐng)導(dǎo)系統(tǒng)級驗證。該過程包括嚴(yán)格的材料測試和評估 (MT&A)，可確保既定工藝參數(shù)對熱固性和熱塑性材料的有效性。

密歇根州立大學(xué) ACI 研究工程師Hunter Watts 強調(diào)了該項目的影響，他解釋道：“在一個要求快速獲得結(jié)果的行業(yè)中，從需要 12-18 個月才能生產(chǎn)的六位數(shù)模具投資轉(zhuǎn)變?yōu)閮H需幾周且成本僅為其一小部分的模具生產(chǎn)，這對美國來說是一個重要的推動因素。”

Watts 還強調(diào)了該項目的協(xié)作精神，并指出：“我們很高興有機會與 JuggerBot 3D 及所有參與者合作，不僅加速這項技術(shù)的發(fā)展，而且加速這一突破性制造工藝的采用�！�

雖然技術(shù)開發(fā)是關(guān)鍵，但該項目的真正價值在于其長期影響。通過加快高延壽飛機的生產(chǎn)時間表并降低成本，該計劃將使航空航天和國防部門能夠以無與倫比的精度滿足不斷變化的需求。通過提高制造能力，這些創(chuàng)新將以戰(zhàn)斗速度為作戰(zhàn)人員提供支持，提供旨在承受高壓力的部件。因此，開發(fā)的技術(shù)和收集的數(shù)據(jù)將允許增材制造中型和大型航空航天工具和二次結(jié)構(gòu)部件。