增材制造技術(shù)發(fā)展歷程中最重要的進(jìn)展之一就是根據(jù)橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(ORNL)和辛辛那提公司(CI)之間的合作研究與開發(fā)協(xié)議(CRADA)，于2014年引入大幅面3D打印。雙方的共同努力促成了CI公司BAAM™打印機(jī)的商業(yè)開發(fā)，該打印機(jī)采用高通量擠壓工藝，可以通過(guò)精確的增材制造工藝熔化和沉積多磅熱塑性塑料珠。該打印機(jī)使用了一個(gè)8英尺寬，20英尺長(zhǎng)的可移動(dòng)打印床，比當(dāng)時(shí)任何聚合物打印機(jī)都要大得多。

    2017年，Magnum Venus Products (MVP)推出了被稱為反應(yīng)性增材制造(RAM)的3D打印機(jī)生產(chǎn)線。RAM打印機(jī)與其他大畫幅打印機(jī)的不同之處在于，它們使用液態(tài)、熱固性材料，這些材料被泵送并與有機(jī)過(guò)氧化物結(jié)合，沉積在連續(xù)的層中。

 

    早期的開發(fā)工作是根據(jù)ORNL公司的MDF 聯(lián)合開發(fā)協(xié)議完成，用于RAM打印機(jī)和Polynt復(fù)合材料開發(fā)。ORNL的大部分RAM工作主要集中在使用Polynt反應(yīng)沉積(PRD)打印介質(zhì)，這是一種粘性的類似牙膏的液體，含有乙烯酯樹脂。PRD打印介質(zhì)在室溫下激活并在沉積后15至30分鐘內(nèi)固化。與替代熱塑性材料相比，可泵送PRD材料更易于加工并且制造時(shí)需要的能源要少得多。

    熱固性增材制造(TSAM)的開發(fā)工作目前由ORNL、密西西比州立大學(xué)、MVP和Polynt共同承擔(dān)。TSAM的一個(gè)關(guān)鍵特點(diǎn)是，可泵送液體在固化周期中與先前的珠子和基材表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。這種層間的化學(xué)反應(yīng)是TSAM相對(duì)于熱塑性塑料的主要優(yōu)勢(shì)之一。熱塑性塑料沒(méi)有化學(xué)鍵合，只是通過(guò)熔合進(jìn)行機(jī)械連接。

在熱塑性塑料中，要將新珠熔化成先前沉積的珠，時(shí)間是至關(guān)重要的。未能將兩個(gè)珠子熔化在一起將導(dǎo)致珠與珠之間的粘附問(wèn)題，并可能產(chǎn)生空隙，導(dǎo)致視覺(jué)外觀缺陷，粘合層故障和真空完整性的喪失，特別是在構(gòu)建用于制造零件的工具時(shí)。熱塑性塑料沉積的另一個(gè)問(wèn)題是各向異性，當(dāng)纖維增強(qiáng)材料在固體介質(zhì)中擠出時(shí)會(huì)發(fā)生這種情況。

    碳纖維通常用于控制3D打印熱塑性塑料在冷卻和收縮時(shí)的翹曲。但是，當(dāng)纖維在固體介質(zhì)(比如丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)、聚醚砜(PESU)和聚醚醚酮(PEEK)中被擠壓時(shí)，它們會(huì)沿打印方向排列。在比較熱塑性印刷介質(zhì)的面內(nèi)(X-Y方向)性能與面外(z方向)性能時(shí)，通常會(huì)看到碳纖維增強(qiáng)熱塑性塑料的機(jī)械性能下降60%到80%，這是由纖維排列造成的。z向強(qiáng)度沒(méi)有纖維橋接熔化的熱塑性塑料與熱塑性塑料珠。

    對(duì)于熱固性塑料，珠子不會(huì)融化在一起。它們以粘性液體的形式沉積在一起，同時(shí)也發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。這大大提高了層間結(jié)合強(qiáng)度和力學(xué)性能。熱固性介質(zhì)是粘性液體而不是熔融固體，允許纖維運(yùn)動(dòng)的程度更大，導(dǎo)致在固化部件內(nèi)的隨機(jī)定向。與前面描述的熱塑性各向異性相比，這導(dǎo)致熱固性塑料具有更多各向同性的機(jī)械性能。熱固性打印介質(zhì)具有反應(yīng)性鍵合位點(diǎn)，這導(dǎo)致層與層之間的鍵合強(qiáng)度更強(qiáng)，使打印更具各向同性。

    可泵送液體打印介質(zhì)(如PRD)的具體優(yōu)勢(shì)包括，通過(guò)RAM打印機(jī)上稱之為“”的獨(dú)特功能，可以啟動(dòng)和停止打印包含的項(xiàng)目，如金屬嵌件、增強(qiáng)材料、芯材和冷卻/加熱管線。此外，熱固性材料可以同時(shí)打印多個(gè)部分，可以使用相同的打印介質(zhì)將這些部分“粘合”在一起，類似于今天許多復(fù)合材料在部分或?qū)訅喊鍖又袠?gòu)建的方式，以最大限度地提高性能特性，例如強(qiáng)度和剛度。支撐結(jié)構(gòu)通常可通過(guò)以90度懸垂打印出平面外的項(xiàng)目來(lái)消除。

    使用熱固性印刷介質(zhì)的增材制造繼續(xù)取得進(jìn)展。到目前為止，大部分工作都圍繞著工具展開，特別是模具制造和固定裝置。零件生產(chǎn)可能需要結(jié)合連續(xù)纖維以提高強(qiáng)度，并需要機(jī)器人3D打印機(jī)來(lái)沉積纖維。目前的發(fā)展集中在更高的耐熱材料，導(dǎo)熱材料和極低的線性熱膨脹系數(shù)(CLTE)材料，特別是用于模具制造的應(yīng)用。