Impossible Objects融资4000万美元，扩大碳纤维制造规模
总部位于伊利诺伊州的制造技术公司Impossible Objects已获得4000万美元融资，用于扩展一个围绕碳纤维复合材料构建的高速增材制造平台。该公司公开宣称的目标直截了当，且具有不同寻常的工业色彩：不是原型制作，不是一次性演示件，而是批量生产航空航天和无人机制造商目前依赖模具、压机和热压罐供应的那类增强部件。
这一区别很重要。大多数增材制造行业花了二十年时间推销快速原型制作的前景，并且基本上兑现了这一承诺。很少有参与者跨过门槛，进入可重复、具有成本竞争力的结构部件生产阶段。Impossible Objects将其技术明确置于这条线更难的一侧，并将无人机和飞机部件列为目标应用。
为什么碳纤维一直难以实现3D打印
热塑性塑料很容易打印。连续纤维增强则不然。困难不在于逐层沉积材料，而在于将坚固、取向一致的纤维置于聚合物基体内部，使其能够经受构建过程并产生可预测的机械性能。
传统的碳纤维复合材料制造通过手工或机器铺放编织布和环氧树脂，然后在热和压力下固化来解决这一问题。所得部件刚性好、重量轻，这正是航空航天几十年来依赖它们的原因。但工装昂贵、周期时间长，设计变更需要新模具。增材制造方法有望压缩工装成本，并解锁模具无法达到的几何形状。历史上，其代价是部件强度较弱、吞吐速度慢，或两者兼有。
弥合这一差距需要同时解决几个问题：
- 让碳纤维以足够高的比例进入部件，以提供有意义的刚度和强度。
- 保持足够高的构建速度，使单件成本能与成熟工艺竞争。
- 实现部件之间一致、可重复的性能，这是认证体系所要求的。
- 从单台机器扩展到可连续运行的生产单元。
新融资针对的是最后一点，而该公司使用高速这一表述，表明它认为前三点已基本解决。
无人机市场是近期目标
无人驾驶飞行器是打印碳纤维结构的明显首选市场。无人机制造商迭代迅速，与商用航空相比产量相对较小，并且只要部件性能达标，对新型制造方法异常宽容。机身、机臂、电机安装座和结构外壳都能受益于碳纤维复合材料所提供的低重量和高刚性组合。
近年来，该领域的需求也变得紧迫得多，国防机构、物流运营商和农业用户都在推动以更低的单位成本更快交付机身。一种无需工装并缩短从设计修订到成品部件路径的生产方法，非常契合这种环境。
- 快速设计迭代：打印部件无需重新制作工装即可修改。
- 部件整合：组件可以合并为单个打印部件。
- 更低的最小起订量：小批量生产仍具经济性。
- 回流潜力：数字制造对进口工装的依赖更小。
飞机部件与认证障碍
商用和国防航空代表着更大的奖赏，但也是更慢的奖赏。已认证飞机中的每一项结构变更都必须通过测试数据和过程控制来证明，以表明部件在批次接批次的生产中都如预期表现。增材工艺引入了监管机构密切审查的变量——材料进给、机器校准、构建方向。
这就是为什么从事航空航天增材制造的公司往往要花数年时间收集许用值数据，然后才能向主结构销售。打印内饰部件、支架和次承力结构进展更快，这很可能是高速碳纤维打印的近期路径。在这些应用中取得成功，可以积累进一步打入承力机身部件所需的统计记录。
4000万美元融资轮释放的信号
对于一家工业制造初创公司来说，这一规模的融资值得注意。这种规模的资本通常用于机械、设施扩建、材料开发，以及支持客户认证项目所需的工程人员，而不是用于营销。这意味着该公司正从验证工艺转向将其工业化。
这也反映出投资者注意力向供应链中不起眼的中段更广泛的转移。软件和消费应用多年来主导了技术融资；随着政府和大型承包商寻求重建国内工业能力并减少对脆弱全球供应链的依赖，先进制造、复合材料和生产设备重新引起了兴趣。
打印而非模制的经济学
要让碳纤维增材制造真正威胁传统复合材料生产，算账必须看单件总成本，而不仅仅是机器标称速度。模制在大批量、稳定设计上胜出，此时工装成本可分摊到数万件相同产品上。当设计变化、产量适中，或几何形状过于复杂而无法干净模制时，打印则胜出。
如今，无人机制造正好处于有利于打印的区间。飞机部件则部分处于该区间——次承力结构和内饰部件，是的；长周期主结构，还不是。随着构建速度提高和材料成本下降，交叉点会向更高产量移动，而这正是“量产”一词所暗示的。
接下来值得关注什么
有几个指标将揭示这一推进是转化为真实产能，还是仅仅停留在新闻稿中。
- 具名客户和已交付部件数量，而非试点项目。
- 已发布的打印碳纤维部件机械性能数据。
- 与航空主制造商或国防机构开展认证工作的证据。
- 机器机群的扩张，这标志着生产需求而非实验室兴趣。
如果Impossible Objects能够证明碳纤维部件以其机器按生产速率下线，并且性能为工程师所信任，其影响将远远超出无人机。同样的能力将适用于汽车结构、工业设备，以及任何以强度重量比驱动设计的产品。就目前而言，这4000万美元为公司赢得了时间和机器来证明这一点，也为增材制造行业多年来一直宣称的主张提供了一个硬数字。
本文基于Interesting Engineering的报道。阅读原文。
Originally published on interestingengineering.com
