ORNL与JuggerBot 3D合作开发混合颗粒3D打印技术，兼容热固性与热塑性材料

2025年7月28日，南极熊获悉，美国能源部橡树岭国家实验室（ORNL）和工业3D打印机设备制造商JuggerBot 3D宣布了它们的第二次研发合作，旨在将3D打印技术扩展到新的热固性聚合物材料领域。此次合作是橡树岭国家实验室的制造示范设施（MDF）技术合作计划的一部分，它将集中于开发能够同时处理热塑性和热固性材料的3D打印系统。

△橡树岭国家实验室的制造示范设施（MDF）JuggerBot 3D打印机内部一景

突破热固性塑料3D打印技术限制

热固性塑料和热塑性塑料在高温下的行为不同，各自拥有独特的材料属性和优势。目前，3D打印技术主要集中在热塑性塑料上，而热固性塑料因自身耐高温性能而适用于更广泛的应用，但它在3D打印领域的应用受到限制。ORNL与JuggerBot 3D的首次合作已经解决了颗粒进料3D打印中的关键障碍，提升了打印质量和一致性，为多种行业应用开辟了新的可能性。

此次合作将基于先前合作的成果，进一步提高3D打印技术的生产效率和材料适用性。合作团队将开发新的切片软件和打印机硬件，使系统能够独立处理热固性材料，并实现热固性和热塑性材料的混合打印。JuggerBot 3D将创建集成新的热固性材料卡，以支持这一创新。

△ORNL Slicer 2屏幕截图

JuggerBot 3D总裁兼联合创始人Zachary DiVencenzo表示“当我们公司首次转向颗粒进料3D打印时，我们面临着巨大的风险，因为没有可用的切片机能够实现我们的设想，直到我们遇到了ORNL团队。他们现有的切片软件是我们发展所需的基础。现在，更新后的开源Slicer 2展示了ORNL如何为所有先进制造业进行创新。我们远非唯一一家从中受益的公司。”

接下来，合作团队探索了实时校准JuggerBot 3D颗粒进料挤出机速度和材料输出的方法。研究人员开发了一种珠子表征系统，利用激光技术测量沉积聚合物珠子的宽度，使挤出机能够根据需要进行补偿，从而实现更高的打印精度。

DiVencenzo说：“最后一个阶段的重点是通过自动化最大限度地提高效率。最初有这个想法，我们后来将它商业化，即在我们的打印机内开发一个材料数据库，其中包含数十万种材料的关键工艺参数，”

△MDF技术合作计划让行业合作伙伴与ORNL员工开展短期合作项目，以加速开发和部署新型节能制造技术、材料或工艺

实现热固性与热塑性材料的混合打印

ORNL帮助JuggerBot 3D实现了这一创新，使它能够为客户提供易用性和高度功能性。通常，操作员必须向切片软件提供有关机器、打印速度、系统校准和材料工艺参数的详细信息。然而，ORNL Slicer 2、新校准技术和JuggerBot 3D材料卡的结合，使得操作员无需具备这些专业知识即可运行数据驱动的自动化流程。

ORNL研究员Alex Roschli表示：“操作员只需知道要使用哪台机器即可。他们只需对CAD设计进行一次切片，然后系统就会加载材料卡数据并完成剩余工作。每次更换材料时，他们无需运行整个校准过程。这可以节省数天甚至数周的时间。这对公司来说意义重大。”

该项目与美国空军研究实验室的JuggerBot 3D项目同时进行。目前，这家公司已获得400万美元的资助，用于开发一种能够同时加工热塑性塑料和液态树脂热固性塑料的大型先进制造系统。

ORNL和JuggerBot 3D将改进切片软件和打印机硬件，使它能够独立处理热固性材料，并同时处理热固性材料和热塑性材料，这在业内尚属首创。JuggerBot 3D将创建并集成新的热固性材料卡。与首次合作一样，此次合作最终将催生出可直接融入生产工作流程的技术，这为整个制造示范设施生态系统中的制造商、终端用户和高校带来了发展机遇。