Thomas Müller 2000 年代初在奧格斯堡大學(xué)攻讀機(jī)械工程專業(yè)時(shí)首次接觸到工業(yè)三維打印技術(shù)。2001 年，Thomas Müller 在當(dāng)時(shí)的格尼斯有限公司（Generis GmbH）撰寫畢業(yè)論文時(shí)，增材制造工藝技術(shù) “粘結(jié)劑噴射 “剛剛問(wèn)世幾年。作為一名服務(wù)技術(shù)人員和維護(hù)專家，他在隨后的幾年中積累了金屬鑄造增材制造方面的專業(yè)知識(shí)。 隨后，他獲得了一份工作機(jī)會(huì)，并于 2008 年移居美國(guó)。

他忠于這個(gè)行業(yè)和技術(shù)，在海外擔(dān)任砂型 3D 打印生產(chǎn)經(jīng)理。正是在那里，voxeljet 為北美的熔模鑄造行業(yè)安裝了第一臺(tái) PMMA 打印機(jī)。這項(xiàng)創(chuàng)新從第一天起就吸引了托馬斯。2012 年，他決定完全專注于這一細(xì)分市場(chǎng)，并成立了自己的公司。

由于熔模鑄造工藝已有數(shù)千年的歷史，人們不禁要問(wèn)，如此成熟的工藝如何還能提供創(chuàng)新和優(yōu)化的機(jī)會(huì)？為此，值得對(duì)熔模鑄造的工藝和各個(gè)步驟有更深入的了解。

他從 voxeljet 購(gòu)買了一臺(tái) VX500，并直接安裝在一家投資鑄造廠。從那時(shí)起，他既為鑄造廠本身供貨，也為來(lái)自各行各業(yè)的知名和值得信賴的客戶供貨。他提供的服務(wù)包括：快速制作原型、在成型過(guò)程中更容易操作以及最高質(zhì)量，即使是復(fù)雜結(jié)構(gòu)也不例外。

如果需要同時(shí)測(cè)試多個(gè)設(shè)計(jì)草案或變體，可以同時(shí)進(jìn)行三維打印和澆鑄，而不必花費(fèi)巨資使用模具制作多個(gè)模型，因?yàn)樵谧顗牡那闆r下，這些模型將隨著設(shè)計(jì)的廢棄而永遠(yuǎn)不再使用。特別是，3D 打印支持的熔模鑄造可以優(yōu)化和加快產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期和備件采購(gòu)。

托馬斯在以前的項(xiàng)目中認(rèn)識(shí)了大部分客戶。他的客戶幾乎都是汽車、農(nóng)業(yè)機(jī)械和航空航天行業(yè)的公司。但 Express Prototyping 也提供過(guò)一些更特殊的項(xiàng)目，如生產(chǎn)足球頭盔面罩。由于 PMMA 具有出色的燒損性能，3D 打印模型的需求持續(xù)增長(zhǎng)，直到 VX500 的產(chǎn)能無(wú)法滿足需求。托馬斯的解決方案顯而易見(jiàn)。他將 VX500 換成了功率更大的 VX1000。隨后，他又購(gòu)買了第二臺(tái)，甚至在 2021 年購(gòu)買了第三臺(tái)。為什么會(huì)這樣？為什么對(duì) 3D 打印熔模鑄造模型的需求持續(xù)增長(zhǎng)？ Thomas Müller認(rèn)為主要有三個(gè)原因：

在這種情況下，尤其是指立體光刻（SLA）或蠟基增材制造技術(shù)。在 SLA 工藝中，部件由液態(tài)塑料樹(shù)脂制成。樹(shù)脂通過(guò)紫外線逐層粘合。部件表面特別光滑美觀。除 SLA 外，3D 打印機(jī)還能打印蠟。這是一種在熔模鑄造中眾所周知的材料，因?yàn)樵趥鹘y(tǒng)熔模鑄造中，模型通常也是由蠟制成的。

不過(guò)，這兩種技術(shù)在成型時(shí)都有困難，即把模型轉(zhuǎn)移到陶瓷模具上。在燒制模型時(shí)，用 SLA 打印的部件往往會(huì)使外殼破裂。這通?？梢詮牟牧戏矫嬲业皆颍?yàn)闃?shù)脂在加熱時(shí)會(huì)膨脹。蠟打印熔模鑄造沒(méi)有這個(gè)問(wèn)題，但處理起來(lái)通常非常復(fù)雜，因?yàn)檫€必須打印支撐結(jié)構(gòu)，材料相當(dāng)昂貴，而且現(xiàn)有的打印系統(tǒng)在可實(shí)現(xiàn)的部件尺寸方面非常有限。

“PMMA 在這方面提供了理想的解決方案。模型的生產(chǎn)速度非?？?，成本效益與其他工藝相同。在外殼形成方面，PMMA 模型表現(xiàn)出優(yōu)異的燒損性能，即使是較薄的陶瓷外殼也不會(huì)出現(xiàn)外殼斷裂”。Müller 解釋道。

PMMA 的一個(gè)決定性特征是它的負(fù)熱膨脹系數(shù)。這意味著材料在加熱時(shí)會(huì)收縮而不是膨脹。

“當(dāng) SLA 被完全打印出來(lái)時(shí)，我指的是沒(méi)有空腔的致密部件，它會(huì)打破所有的模具。PMMA 在這方面找到了完美的定位，使我們能夠順利實(shí)現(xiàn)小于 1 毫米的壁厚”，Müller 繼續(xù)說(shuō)道。

另一方面，與其他技術(shù)相比，PMMA 模型的表面粗糙度稍高。不過(guò)，通過(guò)滲蠟等方法可以明顯改善這種粗糙度。

到 2021 年，Thomas Müller 和他的團(tuán)隊(duì)已經(jīng)打印了幾乎 100% 的技術(shù)部件。發(fā)動(dòng)機(jī)部件、農(nóng)業(yè)機(jī)械操縱桿外殼、葉輪和備件。自 2022 年以來(lái)，他的產(chǎn)品中 70-80% 都是藝術(shù)部件。在技術(shù)領(lǐng)域，該技術(shù)仍主要用于生產(chǎn)原型。Express Prototyping 公司日常業(yè)務(wù)的批量可達(dá) 100 件。

“這有點(diǎn)令人吃驚，我也沒(méi)想到。但 PMMA 在藝術(shù)領(lǐng)域也越來(lái)越受歡迎，尤其是近年來(lái)。許多藝術(shù)家現(xiàn)在都完全使用 3D 進(jìn)行設(shè)計(jì)。由于體積小、易操作，PMMA 材料組合在創(chuàng)意領(lǐng)域越來(lái)越受歡迎。PMMA 現(xiàn)在已成為藝術(shù)鑄造的新標(biāo)準(zhǔn)，這也是需求不斷增長(zhǎng)的原因所在，”Müller 說(shuō)道。

如果用 3D 打印模型來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的模型制作方法，最多可節(jié)省 75% 的時(shí)間和成本。三維打印完全不需要工具，以 CAD 數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，因此可以通過(guò)數(shù)字方式進(jìn)行設(shè)計(jì)調(diào)整，并直接打印出新的模型。

“PMMA 三維打印的成本效益有幾個(gè)因素。得益于 1,000 x 600 x 500 毫米的獨(dú)特構(gòu)建體積，除了較大的單個(gè)組件外，還可以同時(shí)打印多個(gè)產(chǎn)品變體，從而降低了單件成本。由于無(wú)需通過(guò)銑削或類似方式制作模具，因此可以最大程度地節(jié)省成本。同樣不容忽視的是，未印刷的材料可以回收和再利用。這樣還可以優(yōu)化粉末消耗和運(yùn)行成本”。Müller 總結(jié)道。

考慮到 3D 打印后的工藝步驟，PMMA 還有可能簡(jiǎn)化和減少工藝步驟并節(jié)約成本。例如，在上文提到的外殼結(jié)構(gòu)中。由于 PMMA 的燒損特性，在某些情況下可以在模型周圍減少陶瓷層的數(shù)量，這意味著它們可以更快地干燥并為鑄造做好準(zhǔn)備。