位于伊利诺伊州诺斯布鲁克的 3D 打印公司开发了一种全新的增材技术，可以用复合材料制造功能性、复杂、高强度的部件。
当 Bob Swartz 第一次亲眼看到 3D 打印机时，在他担任顾问的麻省理工学院实验室，他只是偶然对这项技术感兴趣。 Swartz 一生都是发明家和企业家，年轻时曾在他已故父亲的制造厂工作，但后来离开了这个行业。作为一名研究生，他学习了数学和计算机科学，并继续创办了几家软件和专利许可公司。
直到他阅读了“The Mathematical Intelligencer”中的一篇文章，他才意识到其中的含义3D 打印以及它如何创建以前无法使用任何其他制造方法创建的数学对象的物理表示。挑战像他的脂肪这样的公司的几何限制
他在伊利诺伊州诺斯布鲁克的制造工厂接受制造工程采访时说：“我对这样一种观念很着迷，即你可以……以物理形式反映出数学的优雅。”更重要的是，他对“您还可以生产出任何其他技术无法实现的物体”这一概念感到兴奋。
但是当他试图了解更多有关该过程的信息时，他感到很失望。他发现它很贵，速度很慢，而且零件质量差，或者没有达到应有的水平。 “所以我开始沉迷于它并开始思考它并试图找出是否有更好的方法来做这件事，”他说。
Impossible Objects 就是这样诞生的。
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2009 年，Swartz 开始开发他称之为 CBAM 的技术——一种不同于业内其他任何技术的基于复合材料的增材制造工艺。他创立的公司 Impossible Objects 说 CBAM 是独一无二的因为它使用碳纤维、玻璃纤维和凯夫拉尔等高强度材料制造功能部件。
反过来，业界正在关注：Impossible Objects 在 5 月赢得了 SME 的 RAPID 2015 杰出创新奖，这是一个令人印象深刻的奖项第一年参展商的壮举。
了解 CBAM
那么它是如何工作的？
该过程从将 CAD 模型切成层并转换为数字位图。使用水溶液和热喷墨技术将该位图打印到复合材料片上。将聚合物粉末涂在片材上，以位图的形式附着在溶液上。
将各层堆叠起来，然后放入烘箱中加热至粉末的熔点，以便将零件合并到其设计高度。部件冷却后，多余的未涂层材料通过喷砂（对于碳纤维或玻璃纤维）或化学工艺（对于 Kevlar）去除。
At fi乍一看，这似乎比流行的 3D 打印或增材制造技术更复杂，在这些技术中，物体是通过一次打印每个物理层，一个在另一个之上形成的。但 Impossible Objects 的首席技术官兼董事长 Swartz 表示，CBAM 与其他类型的增材制造工艺相比具有优势，其中许多工艺本身就很复杂。
“当今存在的工艺都非常古老， ”他指出，并补充说 FDM（熔融沉积建模）和 SLS（选择性激光烧结）已经发展了 20-30 年。而且很多方法只能产生原型。他说，通常情况下，他们无法创造出具有注塑成型或更好强度的东西，而且通过选择性激光烧结金属制造的更坚固的部件需要更长的时间才能用更昂贵且有更多几何限制的机器制造。
虽然每个过程都有其特定的目的，“添加剂的未来电子制造是功能部件，”Swartz 说。 CBAM 允许使用可立即使用的高强度材料创建几乎没有几何限制的零件。为了使零件更精确，可以在零件完成后进行额外的铣削，但 Impossible Objects 交付的大部分零件不需要额外加工。
“这确实是行业中的第一个新工艺“过去 25 年解决了目前 3D 打印速度、材料特性和材料选择方面的许多问题，这就是它与现有工艺的区别，”他说。
CBAM 的一个优势是它的速度。 Impossible Objects 使用相对便宜的热喷墨头来涂抹水溶液，并且由于溶液粘度低，喷墨头可以运行得非常快。现在，打印机正在开发中，可以在一分钟内打印大约 12 页 8″ × 10″ 的材料，Swartz 说他看到了 c能够快五倍。当然，这不包括加热步骤或去除多余材料，但 Swartz 说其他工艺仍然无法与 CBAM 的速度相媲美。
另一个优势是材料的强度和选择基材和聚合物粉末。 “因为我们将粉末粘附到这种水溶液中，我们几乎可以使用任何热塑性粉末，所以我们可以使用聚乙烯，我们可以使用尼龙，我们可以使用 PEEK 等高性能材料，”Swartz 说。由于所用基材的强度和底层聚合物的强度，成品部件非常坚固。
CBAM 还允许在没有加工成本的情况下制造高强度部件。 Swartz 说，有时，在机械车间，人们使用 CNC 机器制造小批量金属零件，而无需加工成本，这仍然很昂贵。但是这些零件中的大多数不一定需要用钢或铝。 CBAM 提供了一种更快、更便宜的方法来创建具有特定材料特性的零件。
正如 Swartz 喜欢说的那样，“3D 打印从根本上说是一个材料科学问题。”
发展业务
新方法吸引了客户，Impossible Objects 也发展壮大。如今，该公司拥有 10 多名员工、几位主要投资者，并聘请了 3D 打印领域的主要领导者。
首席执行官拉里·卡普兰 (Larry Kaplan) 于 2014 年 6 月正式加入团队。此前，他担任 CEO Eudora Global，一家开发和运营新公司的公司。在此之前，他在数字地图和导航系统提供商 NAVTEQ 工作了 16 年。他离开了首席执行官一职。 2015 年 4 月，Jeff DeGrange 加入，担任首席商务官。 DeGrange 之前是 Stratasys 的副总裁，在此之前，他领导了波音公司的增材制造工作。 John Bayldon 博士于 2014 年 7 月上任，此前他曾与 Swartz 一起担任该公司的顾问纽约。他专门研究复合材料的制造和机械。
12 月，该公司宣布已获得由 OCA Ventures 牵头的 280 万美元种子融资，OCA Ventures 是一家位于芝加哥的风险投资公司，专注于“具有戏剧性的公司”增长潜力，主要是在技术和高度可扩展的服务业务中。”西北大学也是投资者。
至于该公司的客户，大多数人不愿透露姓名，但 Kaplan 透露，该公司生产的大部分零件用于航空航天和国防工业，其次是汽车.
Impossible Objects 的两家确定的客户，Aurora Flight Sciences 和 Horton Inc.，支持他的断言。该公司为 Aurora Flight Sciences 制造了用于小型飞机的稳定器支架，并为 Horton 制造了用于卡车的风扇叶片。 Swartz 说，这两个部件最初都是使用 SLS 创建的，但经常会损坏。在空气的情况下飞行器，稳定器支架无法承受着陆时的力，风扇叶片在实际使用测试的压力下会折断。使用 CBAM，可以使用更坚固的复合材料制造这些部件，从而防止它们断裂。该公司还生产用于火箭的电子外壳和用于航空航天的支架。
Impossible Objects 最近还与橡树岭国家实验室签订了一项合作研究协议，以开发使用 PEEK 的碳纤维工具，Swartz 称这是对公司的能力受到行业专家的青睐。他补充说：“我们在很多领域都看到了这些东西。”
Impossible Objects 的未来
Kaplan 看到了 Impossible Objects 的光明前景。他在 Eudora Global 工作期间结识 Swartz 后加入了团队。 Eudora 正在考虑投资 Swartz 的另一项技术，随着两人相互了解，Swartz 分享了他的看法与 Kaplan 的新流程。
“Bob 开始向我介绍 3D 打印，我开始对此感到兴奋，”Kaplan 说，当他看到正在发生的事情时变得更加兴奋marketplace.
Kaplan 于 2014 年初与 Swartz 进行了非正式合作，直到 6 月，当 Kaplan 被任命为 CEO 时，两人正式建立了关系。只是在这之后，公司才开始加大商业化和销售力度。
虽然公司今天为客户制造零件，但 Swartz 和 Kaplan 都认为最终目标是向制造公司销售 CBAM 机器。
“我们的长期目标是与注塑成型竞争，”Swartz 说，并补充说 Impossible Objects 希望成为制造功能部件的领导者。他还表示，该公司希望在不久的将来拥有其 CBAM 机器的原型。卡普兰说他看到该公司销售 CBAM 机器和材料ls 面向不断增长的专用用户群。
Kaplan 强调，尽管公司处于早期阶段，但业界的反应一直在验证。 “我们有很多来自使用添加剂的公司以及其他添加剂公司的人看着我们，并且真的对我们正在做的事情表示着迷。”
“我觉得我们有一些真正不同的东西，”他说。
本文首次发表于 2015 年 10 月版的《制造工程》杂志。
