这是我们称为“制造大师”系列的第十个年度分期付款。在这些文章中，我们向制造技术领域的一位杰出人物致敬，并希望通过这样做来提醒读者，在制造领域取得巨大成就的职业仍然是可能的。
Carl R. Deckard早期先驱在增材制造 (AM) 领域，医学博士 Carl R. Deckard 的故事是德克萨斯大学座右铭的一个例子：“从这里开始改变世界。”
Deckard 发明了并在 1980 年代在德克萨斯大学奥斯汀分校攻读本科和研究生期间开发了选择性激光烧结 (SLS)。 SLS 技术使用扫描能量（激光）束将预热的粉末熔化成非常薄的层，逐层构建零件，直到 fi最终零件完成并与未熔化的粉末分离。 SLS 是 1980 年代中后期相互独立开发的四项竞争技术之一。熔融沉积成型 (FDM) 是一种基于挤压的工艺。立体光刻 (SLA) 是一种基于液态光聚合物的工艺。层压物体制造 (LOM) 是一种基于片材的工艺。 SLS、SLA 和 FDM 已成为快速发展的 AM 行业的基础。 3-D CAD 的可用性使这些技术成为可能。这些技术的可用性随后加速了 3-D CAD 的采用。
Deckard 和任何人一样，也许注定要成为创新和变革性技术的开发者。 “从我记事起，我就想成为一名科学家。当我大约八岁时，父亲带我去了亨利·福特博物馆，这一切都改变了，”戴卡德回忆道。 “我决定要成为一名发明家。我的幻想是所有关于发明，我一直在寻找需要发明的东西。这不是一件容易的事，因为您正在寻找尚不存在的东西。你正在寻找一个需要填补的洞。”
戴克德通过研究伟大发明家的生活、研究专利流程，并致力于多项发明。当 Deckard 准备离开高中时，他选择了机械工程作为他的专业，因为他觉得这是最接近发明专业的东西。
Deckard 坚信机会确实如此确实喜欢有准备和开放的心态。就他而言，他将大一毕业后那个夏天在一家制造厂从事暑期工作的经历归功于让他接触到现实生活中的制造挑战。时机再好不过了。在 20 世纪 80 年代，计算机和3-D CAD 即将改变零件和生产它们的工具的设计方式，如果 Deckard 有他的方式，制造。
“早期的炒作3-D CAD 的优点在于，您可以通过某种自动方式从 3-D CAD 模型转到 CNC 程序，”Deckard 说。 “直到几年后才真正发生这种情况，但这就是所有的嗡嗡声。”从这个想法出发，当时 20 岁的戴卡德环顾了他在一家制造厂的暑期工作及其油田产品，包括离心泵、冲击钻、冲击钻头、止回阀和喜欢并想：“你可以从计算机模型转到加工程序，但原始零件开始时是铸件，铸件的形状来自一个模型，该模型是根据 2D 绘图手工制作的熟练的工匠我想如果我能用电脑模型制作铸造模型，人们会为这种能力付钱。”
Deckard 在接下来的两年半时间里开发了成为 SLS 的概念。他意识到的第一件事是这个过程必须是附加的。 “在减法过程中，存在太多的几何约束，”他说。 “如果您在一个区域进行加工，它会影响另一个区域，因为您必须拥有工具通道。接下来，我决定这个过程必须是一个有规律的增量过程。接下来，我决定要制作真正的 3-D 零件，而不仅仅是 2.5-D 铸造模型。这需要能够悬垂。这需要一个支持阶段。”在他大四那年参加工作面试回来的路上，他萌生了用粉末制造零件的想法。 “我的第一个想法是使用二元粉末方法。我打算在我想要零件的地方放一种粉末，在我不想要零件的地方放另一种粉末，就像分层的沙子绘画。”
在家里用糖和盐做了一些实验后，他很快就决定用两种粉末方法获得所需的细节是非常困难的. “那时我决定放下一种粉末并用定向能量束击中它，然后我会用计算机控制能量束，”戴卡德说。 “我不知道我将如何用电脑控制能量束，但我知道这是可以做到的。我选择热方法 [熔化或烧结] 而不是化学方法，因为它适用于范围更广的材料。”
这就是 Deckard 的尤里卡时刻。
“在这一点上，我意识到我可以做到这一点，而且这不仅仅是一个思想实验。这是一件真正值得付出努力的事情，”他回忆道。 “到那时为止，我已经将许多发明概念化，但从来没有en 到我说我必须构建它的地步。那时我已经被研究生院录取了。我意识到这将成为一个伟大的研究生研究项目。那是我对未来的愿景真正形成的时候。”
Deckard 找到了 Joe Beaman 博士，他在本科时曾是一位 UT 教授，并提出了他的建议：“建立三个-通过将粉末与定向能量束熔化在一起，将计算机模型中的三维物体构建成粉末层。”应用程序首先是原型、模型、工具和高价值零件的小批量生产。他确定了三个主要挑战：热应力引起的卷曲；边缘定义；和粉末沉积。 Beaman 成为他的顾问并允许他建造它。
坚韧的发动机零件是 r外形采用选择性激光烧结 (SLS) 工艺制造。获得必要设备的时机再好不过了。机械工程系刚搬进新楼，有可用的设备预算。 Deckard 被告知要详细说明该项目所需的设备。 “我指定了设备并给了它美元价值。我为该系统指定了每秒 30 帧的 2 瓦激光扫描，”Deckard 说。 “直觉上觉得激光太小了，但翻了很多遍笔记本，也没发现计算有误。我知道有些事情看起来不太对劲，我一直在回顾我的计算。然后我发现了错误。这不是计算。它是计算中使用的物理常数之一。我把铁的熔化热从一页抄错到下一页，丢了三份订单震级。当我返回并使用 100 W YAG 激光器和检流计重新指定系统时，我仍在预算之内。幸运的是，美元价值是正确的。”
在等待设备交付时，Deckard 开发了一种调制激光以制作 3-D 形状的方法。他使用 Commodore 64 做到了这一点。“我必须将我的程序和所有数据放入 4K 内存中，”Deckard 指出。 “我的程序是手工组装的，有 153 个字节长。它通过用户端口和 D/A 转换器输出一个值，我将该值与检流计的位置反馈信号进行比较。当两个值交叉时，它会触发一个中断，然后运行程序并输出下一条数据。”
用于证明这个概念的原始设置位于一个小的暗房和地板上的一个盒子，德卡德用一个巨大的盐瓶和一个激光和扫描仪将塑料粉末撒在里面在上面输入顶部。 “我在扫描时撒了一些粉末，然后开始制作粗糙的零件，”他说。 “这是项目的筹码和大块阶段。然后我开始在地板上移动盒子，使零件具有更复杂的形状。然后我实现了我开发的激光控制系统。现在我正在制作具有来自计算机的形状的零件，但边缘定义仍然很粗糙。一旦我得到正确的粒径和扫描间距，这个问题就基本解决了。现在我有了一个流程，可以制作出具有可识别形状、边缘清晰度和足够强度的零件，不会在您手中散开。我做了一个方形的零件，上面有一个方形的盲孔。我把它拿给我的指导老师看，他让我写下来攻读硕士学位。” Deckard 于 1986 年 5 月获得了硕士学位。
此时，Deckard 要求德克萨斯大学申请专利。 “我与专利委员会取得了联系我做的一部分。这是一个立方体中的立方体，一个中空的立方体，上面有几个孔，可以将粉末排出，另一个小立方体被俘虏在里面，”Deckard 回忆道。 “委员会申请了必要的专利。第一个专利于 1986 年 10 月提交，成为我、大学和参与 SLS 开发的 UT 同事多年来的版税来源。有多项后续专利。其中一些在后来的专利执法战中发挥了重要作用，而另一些则没有。最重要的是热量专利。”
在同一时期，Deckard 寻找商业化途径。在接洽几家大公司未果后，他开始寻找合作伙伴创业。在申请专利的同一天，Deckard 会见了 Paul McClure 和 Harold Blair，他们正在寻找一种 UT 技术以进行许可和商业化。 “我们结成伙伴关系p 并在 1987 年从 UT 谈判获得许可，”他说。 “1988 年是我们筹款的一年。该许可证要求我们筹集 300,000 美元。我们与许多大公司进行了交谈，并最终与 B.F. Goodrich 合作。当时，由于与桌面印刷的明显类比，媒体将此领域称为桌面制造，因此我们采用首字母 DTM 作为公司名称。”
奥克兰大学 FSAE 团队使用 SLS 为他们的方程式赛车。1987 年也是 Deckard 解决另外两个关键技术问题的一年：调平和卷曲。 Deckard 花了九个月的时间才想出一种使粉末均匀的解决方案。 “我尝试了多种方法，从振动到静电再到气动。他们都工作直到激光被打开继续，”他观察到。 “激光会使材料粘在一起，这样你就无法平整它。最后，我尝试了反向旋转滚筒，它的效果比任何其他方法都好，如果它们有效的话。
解决了整平问题后，卷曲开始出现列表的顶部。 “当你将热材料沉积在较冷的部件上时，你会产生热应力，这往往会导致部件卷曲，”Deckard 说。 “我尝试了多种克服卷曲的方法，主要是通过按住零件，但没有成功。在经历了一次需要两周准备的特别不成功的实验之后，我决定做一个快速而肮脏的实验。我借了一把热风枪，一边扫描一边在零件表面扫过。我已经有一个系统可以通过零件床向下吸入空气以试图将零件压住。热空气绕过零件并向下穿过零件床导致零件向相反的方向卷曲。这个零件比我做的任何其他东西都坚固，我知道预热就是答案。
“实验装置经过几个月的改进，直到很明显我需要用封闭的工艺室重建系统。在迄今为止最重要的演示前两周，我不得不拆除旧的实验装置，以便继续推进新的实验装置。新设置的首次成功运行就是在那次演示期间。”
1988 年，Deckard 使用新设置进行了实验，并于当年 12 月完成了他的博士学位。同样在 1988 年，Deckard 与研究生 Paul Forderhase 合作，对第一台从头开始建造的 SLS 机器进行了顶层设计。 “我们从一组要求开始，并产生了满足这些要求的设计，”他说。 “这个设计被称为哥斯拉 b因为它最终变得又大又重又贵。然后我们放弃了这些要求，并提出了一个更温和的设计，我们称之为小鹿斑比。小鹿斑比长 10 英尺 [3.1 米]，高近 7 英尺 [2.1 米]，体重几千磅。”
1989 年，Deckard 和 Forderhase 以及一个许多其他学生使用 Bambi 进一步开发和演示 SLS 过程。前来拜访斑比的政要包括德克萨斯大学系统校长汉斯马克和美国参议员菲尔格雷厄姆。同样在 1989 年，Deckard 与 Goodrich 资助的一个小组合作开发了第一个商业 SLS 系统 SLS125。第一台 SLS125 于当年在俄亥俄州代顿市的 Gem City Engineering 制造，并在 AutoFact ’89 上进行了展示。
Deckard 在 1993 年推出 Sinterstation 2000 后继续在 DTM 开发 SLS 机器、材料和工艺。Deckard 随后继续在 DTM 工作 3.5 年，担任在回到奥斯汀之前，他是克莱姆森大学的一名工程学教授，从事 Deckard 发动机的工作，这是一种带有一个主要运动部件的混合旋转往复式汽油发动机。 Deckard 发动机旨在取代小型手持应用的排放二冲程发动机。
今天，Deckard 继续将他的分析问题解决能力应用于他选择的场地。他和合伙人 Jim Mikulac 创办了材料咨询公司 Structured Polymers LLC。 “我们正在进行材料开发工作，并将自己定位为参与第二波创新浪潮，我认为随着关键专利的到期，增材制造即将到来。”
Deckard 总结道采访时说：“我能够追求雄心勃勃的、低概率的目标，即创造新的制造工艺并将其商业化，同时我也在追求更现实、更确定的收入目标。博士学位。我希望我的故事能激励年轻的有技术头脑的学生，他们在公立学校的岁月里苦苦挣扎，周围是一种重视运动成功、外貌和家庭财富而不是求知欲的文化。”我
