3D打印的概念已经日趋成熟，但是在成熟化工业化方面还遭受了很大的掣肘。传统的3D打印为了打印大型物体需要是用更大的零件，但是换用更大的零件则必然牺牲速度、产率和分辨率。这种量度和精度的矛盾问题成为3D打印工业化发展的门槛。

西北大学的Chad Mirkin和George B. Rathmann教授介绍：“如果我们能够在不受材料原料和尺寸限制的情况下进行快速大量打印，我们将彻底改变制造方式。HARP准备做到这一点。”

HARP（high-area rapid printing）技术是基于0.2平方米，高度为4米的打印机床，可以在一个小时内打印约半米高的零件。这是3D打印领域的创造性技术革新。这意味着它可以一次打印单个大型零件或者多个小型零件。基于这项技术，Chad Mirkin等人也创办了名为AZUL3D的公司。Chad Mirkin教授预计这种全新的3D打印技术将于18个月后投入市场。

3D打印的AZUL3D公司logo

若这项技术成功，则是对于传统的生产方式一次伟大的革新——没有模板，无需零件，完完全全的按需生产。

HARP是通过垂直打印的方法，用紫外线固化树脂。这个技术可以打印具有良好机械性能的陶瓷零件。此外，Mirkin等人使用“液态特氟龙”（Teflon，聚四氟乙烯）在界面上循环冷却降低界面的热量，从而大大提高了打印速度。这篇文章以Rapid, large-volume, thermally controlled 3D printing using a mobile liquid interface为题发表在《Science》杂志上。

图1. 有望连续打印的流动界面剖面图。A. HARP打印方法示意图；B. 不同流苏条件下打印不见的打印速度分布；C. 打印零件滑移边界剖面图。

当前限制3D打印速度的主要因素时高速打印时会在端口产生大量的热量（有的时候超过180℃）。这不仅会影响3D打印机的使用寿命，还会影响打印零件。速度越快，打印机产生的热量就越大。Walker说：“当这些打印机高速运行时，树脂的聚合会产生大量的热量。” “他们没有办法消散它。”

西北大学的教授通过“液态特氟龙”避免了这个问题。HARP通过窗口投射光线以固化垂直移动板上的树脂。循环冷却的液体聚四氟乙烯在端口上流动带走多余的热量。

“我们的技术像其他技术一样产生热量，”Mirkin教授说，“但是我们有一个可以散热的界面。”Hedrick补充说：“液体粘附性差，可以防止循环冷却液体粘附到打印机本身。” 这种方法将打印机的打印速度提高了上百倍。

图2. 3D打印部件（硬聚氨基甲酸酯树脂）红外热成像图。A 固定式打印界面 B 流动式打印界面 C 循环冷却的流动打印界面。

图3. 可工业化生产的材料和液体 A 3D打印的具有各向同性力学性能的聚氨酯丙烯酸酯树脂狗骨状材料，其性能可与工业浇筑相媲美；B HARP可实现高分辨率和精细化打印 C 在打印成果和它的CAD设计文件显示的体积相关性为93%。蓝色和紫色部分分别代表打印物体和其CAD模型。D 扫描打印3 mm厚的骨状材料时垂直于打印面的移送轨迹。E 对轮廓测量数据的分析。F 打印不同尺寸的狗骨状材料时，最大拉应力基本保持不变。

图4. A 一个坚固的，可加工的多孔聚氨酯丙烯酸酯零件。传统的非连续逐层打印技术通常在打印垂直方向上的孔状结构时出现分层和断裂。B处理后的碳化硅陶瓷打印结构。C和D 一种打印的丁二烯橡胶结构分别在自然条件和受力时的照片。E 聚丁二烯橡胶压缩后恢复原装。F ~1.2 m硬聚氨脂丙烯酸酯印刷时间不到3小时。

当前工业制造使用的制造方法过程繁琐，通常需要预先设计的模具再进行组装填充。这些模具昂贵，难以重复利用且占地面积大。

尽管3D打印正从实验室过渡到工业领域，但目前3D打印机的尺寸和速度将其限制于小批量生产。HARP是第一台可以处理大批量的大零件和小零件的打印机。Mirkin说：“当您可以快速，大尺寸打印时，它确实可以改变传统的制造方式。” “使用HARP，您无需模具也无需任何零件的仓库，就可以建造任何想要的东西。您可以按需打印任何您可以想象的东西。”

HARP一旦成熟化使用，将是一次伟大的工业技术革新。

总结：

1. 全新3D打印机将在未来18个月内投入商用

2. 可以安全地打印坚硬，耐用的零件以及弹性物体

3. 创新的循环液体，耗散热量，从而突破了传统立体光刻3D打印的限制

原文链接：

https://science.sciencemag.org/content/366/6463/360

https://news.northwestern.edu/stories/2019/10/biggest-fastest-3d-printer-is-future-of-manufacturing/&fj=1