長12米的超大尺寸3D打印機
Local Motors公司是美國一傢俱有開放式創新的公司。全球第一輛3D打印電動汽車、3D打印智能巴士Olli，都是Local Motors公司研發的。
▲世界首輛採用3D打印技術打造的電動汽車“Strati”（左）
以及3D打印智能巴士Olli（右）
近日，Local Motors公司完成了世界上最大的複合材料3D打印機的安裝工作，用於生產3D打印智能巴士Olli。作為一輛無人駕駛的智能汽車，在製造Olli的過程中將採用大量3D打印零部件。
▲亞利桑那州Local Motors公司外的一輛Olli巴士
這臺用於生產Olli的大型打印機寬3米，長12米，是業界第一臺具有內置CNC加工功能的大型3D打印機。該設備可以為航空航天，汽車，鑄造和船舶等各種行業提供打印服務。
▲Local Motors的Thermwood 10'x40'LSAM
研發該大型3D打印機的公司，是有名的Thermwood公司，位於美國印第安納州。在製造領域，Thermwood已經有了諸多產品，包括3軸和5軸加工設備，在航空航天、汽車、國防、複合材料等行業服務多年，有著很好的口碑。
▲Thermwood的加工設備
“wood”在英文中是“木頭”的意思，為什麼取這個名字呢？這家公司成立於1969年，最早是一家用於傢俱行業的木質部件的模具製造商，因此得名“Thermwood”。Thermwood公司在20世紀70年代中期，它開發了第一臺商用數控機床控制系統，並用它來製造塑料零件。
▲Thermwood員工合影
如今Thermwood已經是一家全球領先的設備製造商，有著豐富的製造經驗，從百老匯電影蝙蝠俠、侏羅紀公園3、星球大戰的拍攝場景，到美國宇航局的火星飛行器、火星著陸器，都是使用Thermwood的設備製作的。基於過去成熟完善的製造經驗，Thermwood將通過3D打印設備的研發，繼續擴大自己的業務應用範圍。
打印機是如何工作的？
這種製造大型尺寸物件的3D打印技術，被稱為LSAM（LargeScaleAdditiveManufacturing），中文翻譯為大型增材製造。
LSAM機器使用兩個系統執行工作，一個用於打印，一個用於最終的精確CNC切削處理。生產過程中，部件首先通過類似於FDM技術將材料逐層擠出進行打印，然後使用CNC（數控機床）將其裁切成精確的最終尺寸和形狀。
目前所使用的3D打印材料比例為80％ABS塑料和20％碳纖維。為了提高零件的剛性，公司計劃在未來進一步提高熱塑性碳纖維的比例。
▌3D打印噴頭
這種打印機的打印頭重量超過1.5噸，能夠以每秒0.9米的速度移動，加熱溫度高達450℃。有三種不同的打印頭，每小時的沉積速率可達150、300甚至500磅。
打印頭的尺寸精度非常高，以千分之一英寸為單位，因此能夠實現超高精度工業部件的打印。而對於普通的FDM設備來說很難達到這樣高精度的打印。
▲打印頭
普通的FDM設備常見問題，就是在打印過程中出現不均勻的材料輸出量。而LSAM獨有的專利技術，能夠實現穩定、一致、精確的打印。
我們看到，大部分人對FDM技術的理解還處於比較初級的階段，但是具有一定生產能力的工業級3D打印機已經很好的完成了商業轉化。
▌數控加工
數控加工部分由5軸CNC加工來進行操作。與精確的打印頭一樣，數控加工也能確保最佳的位置精度。
Thermwood獨有的專利技術，即使加工頭遭受到了碰撞、撞擊，也能夠自動重新調整，對齊位置。
▲進行數控加工
LSAM可以同時進行3D打印和CNC加工，在一側進行3D打印，在另一側進行切削加工，從而提高製造效率。
▲同時進行3D打印和CNC加工
▌控制系統
LSAM使用了先進的控制系統。該系統與西門子溫度控制模塊集成，可設置、監控和控制七個加熱區域中的每一個部分的溫度。
▲在打印過程中，操作人員可以查看和修改機器參數，進行隨時調整。控制系統不僅功能強大，而且操作簡單直觀。
▌切片軟件
切片軟件是3D打印重要的一部分。跟小型的FDM打印機相比，工業級的切片軟件要求更為嚴格，開發難度更高。Thermwood開發的軟件名為LSAM Print 3D，與LSAM大型3D打印機完美匹配，功能豐富，甚至能夠實現在其它工業部件的內部進行打印。
▲Thermwood的LSAM Print 3D軟件
應用案例
自2016年推出大型尺寸3D打印機，Thermwood已經在船舶、模具、汽車等領域有了很多豐富的應用案例。
▌直升機部件
利用LSAM大型打印機制造了世界上第一個聚碸材料（PSU）的模具，並用於生產波音Vertol雙引擎直升機的油滴盤。
▲直升機部件
通過3D打印模具，節省了總材料成本的34％，並且工時減少了69％，包括從8天縮短到3天的製造時間。
▌3D打印簡化船舶生產
Thermwood公司利用3D打印製作船體模具圖案結構，用於船體玻璃纖維材料的模具製作。最終的船體圖案結構重約3,000磅，打印大約需要30個小時，後續CNC數控加工需要50個小時。
▲打印中
打印完成的船體圖案結構用於玻璃纖維的模具成型，然後再用於製造最終的船體。
▲將3D打印的部件進行拼裝
▲拼裝完成的船體圖案結構
▲拋光後的船體圖案結構
▲從船體圖案結構中拉出玻璃纖維材料的模具（圖片由Thermwood Corporation提供）
通過3D打印技術與傳統模具工藝的結合，大大簡化了船舶的製造流程。
在大型的部件製造領域，本來要花費鉅額資金才能啟動的新產品設計與研發、耗費幾年時間才能推向市場的產品，現在通過3D打印技術，所花費的成本只是原來的零頭，而時間也大大縮短。
美國汽車公司Local Motors引入Thermwood大型3D打印設備，未來是否會有更多應用、推出更多3D打印的車型，值得期待。
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