在全球3D打印行業(ye) 中，我們(men) 偶爾會(hui) 遇到一些初創公司，他們(men) 的技術看似微不足道，但潛力巨大。這不僅(jin) 僅(jin) 需要有一個(ge) 好的想法，更重要的是要找到真正的製造痛點。這並不像聽起來那麽(me) 容易。更重要的是，公司要有解決(jue) 這些問題的技術。Chromatic 3D Materials公司在熱固性材料，尤其是聚氨酯擠出方麵的工作就是一個(ge) 很好的例子。能夠熟練地、低成本地將世界上最常用的材料之一用於(yu) 3D打印，將帶來巨大的市場機會(hui) 。而C3DM的方法中最值得稱道的是，全世界眾(zhong) 多的擠出式3D打印機製造商，每一個(ge) 人都可以使用這種方法。

該公司的方法是以材料和軟件為(wei) 基礎的，與(yu) 硬件無關(guan) 。Chromatic 3D Materials公司的FlexTune™ 3D打印聚氨酯是一係列橡膠彈性體(ti) ，具有高性能和高回彈性，從(cong) 汽車到消費產(chan) 品，幾乎有無限的潛在應用。公司首席執行官Cora Leibig，憑借其在材料行業(ye) 20年的職業(ye) 生涯，於(yu) 2016年創立了該公司。她曾在陶氏化學研發和聚氨酯專(zhuan) 項研發部門工作了十年。

Leibig博士解釋說："要想在材料界推出一項新技術，你必須證明它有價(jia) 值數億(yi) 英鎊的潛力。材料行業(ye) 供應鏈非常長。獲得最終產(chan) 品之前需要經曆許多步驟。"

這也是她最初被3D打印所吸引的原因，她解釋說："我感興(xing) 趣的是使材料的選擇更接近最終用戶，這真正改變了向市場提供創新材料所需的動力。我認為(wei) 3D打印將給世界帶來我們(men) 以前沒有見到過的創新材料，而且這些材料具有更高的功能性。"

熱固性材料在哪裏？

在更仔細地觀察適合3D打印的材料時，Cora Leibig注意到，材料範圍確實受到了限製。而且過去（現在）最大的缺失部分是熱固性材料，包括聚氨酯以及矽酮和環氧樹脂。

由於(yu) 熱固性材料的固有特性，它既非常有用，同時也很難進行3D打印。但困難並不意味著不可能。與(yu) 其他任何製造領域一樣，這需要研究。與(yu) 任何熱固性應用或工藝一樣，3D打印聚氨酯最大的挑戰是：化學反應決(jue) 定了它的加工方式，而不是加工係統的力學原理。

Leibig博士解釋道：“在熱塑性長絲(si) 打印機中，你必須調整打印頭的溫度和床的溫度。在熱固性材料中，你必須調整化學成分，這就更複雜了。在Chromatic 3D Materials公司，我們(men) 改進了生產(chan) 方法，比如擠壓材料的反應密度，或者改變了它們(men) 的混合方式。"

FlexTune™係列聚氨酯橡膠彈性體(ti) 可以打印出邵氏A範圍在40-90之間硬度的材料。這些耐久性材料在非3D打印應用中使用了幾十年。它們(men) 可以被反複彎曲、拉伸、扭曲、擠壓。它們(men) 被用在鞋的後跟和外底、滾輪和液壓密封件的墊圈。Chromatic 3D Materials公司的團隊找到了一種不犧牲高性能聚氨酯彈性體(ti) 強度和耐久性的3D打印方法。

化學與(yu) 力學

Chromatic實現的具體(ti) 3D打印工藝可以說是結合了噴墨和擠出技術。在打印過程中，兩(liang) 種液體(ti) 成分在打印頭中混合，引發化學反應。當液體(ti) 離開噴頭並沉積在印刷表麵時，材料是一種部分聚合的凝膠，在幾分鍾內(nei) 凝固成穩定的粘性材料。整個(ge) 過程是在室溫下進行的。

換句話說，在熱塑性塑料擠出過程中，材料被熔化和重組，而熱固性材料實際上是在擠出過程中被 "生產(chan) "出來的。這樣一來，整個(ge) 零件的化學鍵就很牢固，更加各向同性。Leibig解釋道："這意味著在本質上，你所做的那個(ge) 部件是一個(ge) 單分子。另一個(ge) 優(you) 勢是我們(men) 的設計方式：打印出來的材料粘度比普通長絲(si) 低一萬(wan) 倍左右，這意味著你可以更快地打印。"

這是一個(ge) 化學挑戰，不是機械挑戰，但這並不意味著它是不可逾越的。而且3D打印這種材料的優(you) 勢在於(yu) ，人們(men) 可以使用50多年來在熱固性化學方麵所有的知識。Leibig認為(wei) ，業(ye) 界之所以沒有取得更多的進展，主要原因是現今隻有很少人在研究熱固性3D打印。

其中一家基於(yu) 立體(ti) 光刻技術的公司名為(wei) Carbon，其數字光合成技術使用熱固性材料和光聚合物的混合物來觸發光固化過程。Cora解釋說，Chromatics基於(yu) 擠出的工藝提供了更多的通用性。"我們(men) 隻是利用混合來觸發反應。這使我們(men) 可以變得非常靈活，可以加入像著色劑之類的添加劑。"

Chromatic的擠出係統可以安裝在任何擠出式3D打印機上，隻需用熱固性打印頭更換熱打印頭。Chromatic的團隊使用的是標準的大型Juggerbot 3D打印機。Chromatic提供材料以及必要的軟件（後麵會(hui) 有更多的介紹）。對於(yu) 許多硬件製造商來說，Chromatic 3D材料係統可以代表一個(ge) 獨特的機會(hui) ，大大擴展他們(men) 的市場範圍。

尋找痛點零件

利用這種通用性，Chromatic將重點放在工業(ye) 設備的密封件和墊片等應用上，這些都是供應鏈成本極高的零部件。一個(ge) 隻需要幾分錢材料的零件，最終可能因為(wei) 物流相關(guan) 成本而花費幾十美元。

Leibig博士解釋："密封件和墊片的供應鏈上有很多專(zhuan) 業(ye) 設備，可能一整年隻需要不到五百個(ge) 零件。而且這些零件都是特殊形狀。對於(yu) 注塑成型來說，這簡直是荒謬。所以，與(yu) 這類零件相關(guan) 的物流成本占零件成本的90%之多，主要是倉(cang) 儲(chu) 和配送。年加工數百萬(wan) 個(ge) 零件的注塑商不希望為(wei) 了設置五百個(ge) 零件的運行而中斷生產(chan) 。"

Leibig和她的團隊做出的合理推斷是：如果材料足夠好，這些零件將是3D打印的理想選擇。“這確實是我們(men) 企業(ye) 的重點所在，”她透露，“我們(men) 在小型車隊中發現了很多成功的案例，包括公共汽車、火車、拖拉機，還有老爺車，甚至隻是工廠裏的機械。"

由於(yu) FlexTune™材料在構建過程中固化，不需要加熱避免變形，因此可以獲得20厘米以上的零件高度。但是這種方法的主要問題是缺陷會(hui) 在材料中傳(chuan) 播，所以Chromatic開發了一種AI技術來補償(chang) 任何缺陷，這意味著軟件開發占用了大約50%的研發時間。

在速度方麵，FlexTune™材料的打印速度是熱塑性塑料擠出工藝的五倍左右。Leibig解釋說："設備升級有機會(hui) 讓我們(men) 的打印速度甚至再快五倍。，我們(men) 零件的另一個(ge) 主要特點是，他們(men) 是百分之百的固體(ti) ，這使我們(men) 在必須密封以保持壓力的零件上幾項優(you) 勢。"

Chromatic的客戶似乎很欣賞該技術的另一個(ge) 主要特點---可以在其他材料上打印。這意味著我們(men) 最終可以在金屬零件上使用五軸機器人打印。Leibig說："我們(men) 在需要集成緩衝(chong) 或密封的金屬零件方麵看到了商機。"

熱固性3D打印服務

Chromatic 3D materials是一個(ge) 專(zhuan) 業(ye) 的服務提供商和谘詢公司。Leibig解釋說："我們(men) 的許多客戶不想參與(yu) 打印過程。我們(men) 的業(ye) 務模式針對那些需要維護龐大備件庫的製造商。他們(men) 正在努力維護五百個(ge) 或以上不同彈性部件的物理庫。"

例如德國鐵路服務公司Deutsche Bahn。火車的運行年限多達50年，很多備件已經無法使用。"我們(men) 與(yu) 他們(men) 合作，查看他們(men) 的資料庫，並確定可以使用我們(men) 的技術進行3D打印的零件。然後，我們(men) 通過一個(ge) 程序對零件進行鑒定。我們(men) 快速修改材料化學成分的能力使我們(men) 能夠輕鬆滿足任何特定的零件要求。

到目前為(wei) 止，Chromatic已經建立了一個(ge) 包含500種基於(yu) 不同化學變化的材料庫。Cora解釋道："在短短四周左右時間裏，我們(men) 就可以開發出一種新的可打印材料，可以滿足熱、機械強度或耐燃的要求。從(cong) 這個(ge) 意義(yi) 上說，我們(men) 做谘詢服務。"

現在，該公司正在尋求擴大內(nei) 部材料組合的數量，以便為(wei) 更多的客戶提供大批量的零件服務。業(ye) 務發展的一個(ge) 關(guan) 鍵領域是零部件供應商，並成為(wei) 專(zhuan) 業(ye) 的熱固性3D打印提供商，生產(chan) 中小批量難尋的零部件。"很多時候客戶甚至連零件的CAD圖紙都沒有了，這就是為(wei) 什麽(me) 我們(men) 認為(wei) 對整個(ge) 生產(chan) 形成控製很重要。所以，一旦我們(men) 在數據庫中為(wei) 他們(men) 的零件建立了'數字模具'，我們(men) 就可以保證很短的周轉時間。"

隨著需求的增長，快速鑒定零件使用的能力將是一個(ge) 新的挑戰。與(yu) 公司合作鑒定一種新材料的應用可能需要長達6個(ge) 月的時間，但聚氨酯已經在許多傳(chuan) 統的製造應用中使用，在許多情況下，它們(men) 已經被國家和國際組織鑒定。這就是為(wei) 什麽(me) 3D打印它的潛在機會(hui) 如此重要。