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    技术竞争:喷射技术比你想象的更加重要
    作者: 来源: 3D打印技术参考 发布时间:2017-12-15 13:31:22

     技术本身的发展从未停止不前,3D打印技术自身的发展正在使很多不可能成为可能。

    近两年喷射技术每隔一段时日便进入人们的视线,推出相应技术的无一不是明星企业,Stratasys、XJET、惠普陆续推出了基于喷射技术的打印机,这些打印机正在解决传统的打印工艺无法解决的问题---彩色、批量以及高表面质量。

    然而,当人们惊呼技术本身革命的同时,打印机与材料成本的高昂也让人望而却步。基于此,喷射技术自身的发展正在使这一现状发生改变。Stratasys宣布推出推出全新的用于喷射技术的3D打印材料,使成本降低50%;惠普新推出4210系统,从设备结构方面进行改进实现零件批量制造,实现效率进一步提升。而Desktop Metal将喷射技术用于金属打印降低了成本并实现了批量制造,以及GE宣布推出粘结剂金属喷射设备,预示着喷射技术正在悄悄拓宽金属打印领域。

    以上事实无一不在说明材料喷射技术正快速挑战着激光在非金属粉末和金属粉末材料方面的应用,而且已经在金属打印领域获得了突破,成为金属零件批量打印的重点技术。诸多消息显示,材料喷射技术在3D打印行业中的地位正变得越来越重要,越来越不可忽视。笔者因此对喷射技术单独做一期内容。

    目前市面上的材料喷射技术分为两类:喷射打印材料与喷射粘结剂。喷射打印材料的笔者称为材料喷射成型技术,喷射粘结剂的统称为粘结剂喷射成型技术(实际为3DP技术),根据各家情况的不同,笔者列了一个表:

    从中看出,直接喷射成型材料的极少,只有Stratasys和XJET,而前者的核心技术Polyjet又跟XJET有莫大渊源;在3DP技术门类中,粘结剂又分为特殊胶水和树脂粘结剂两种,作用都是将粉末材料粘接成型。在过去几年中,3DP用于砂型制作较多,随着人们对大尺寸砂型结构的需求不断增加,以及材料科技的发展,3DP技术逐渐挤占了激光打印的市场;而近期在金属打印方面,高速、批量和低成本三个关键词赚足了人气,使人们认识到3DP不仅仅可以用来粘接铸造砂和尼龙粉末,因而获得大量投资,粘结剂喷射技术正在成为金属打印领域一颗新星!接下来笔者主要介绍目前主流的喷射打印技术。

    材料喷射成型技术

    1.Polyjet技术

    技术特点:直接喷射树脂成型材料

    技术原理:Polyjet技术,采用树脂喷射的方式提供材料,在需要打印的位置识别当前层的颜色并喷射树脂,通过光照实现固化,可立即使用完全固化的模型,无需额外进行后续固化。

    点评:精度、强度很高,可实现多材料不同位置喷射,吊打普通3DP,但价格也很昂贵。可用于制作注塑模具、夹具、固定装置、教学和促销展品、生产部件等。

    Polyjet技术成型原理

    Polyjet打印模具

    2.NPJ纳米粒子喷射技术

    技术特点:直接喷射含金属粉末或陶瓷颗粒的油墨成型零件

    技术原理:将包裹有纳米金属粉、陶瓷粉或支撑粒子的液体装入打印机并喷射在建造平台 上,通过高温使液体蒸发留下金属部分,最后通过低温烧结完成成型。

    点评:细节、表面光洁度和精度表现力极高,关键在于纳米颗粒在油墨中的分散;清理和后处理会很简单;纳米材料成本高昂,只怕买得起设备用不起材料,官方介绍的成本更低并不可信。适合用来打印钛合金医疗器械,如膝关节植入物,还能为汽车和航空航天领域生产铝合金零件。

    NPJ技术原理

    NPJ打印零件

    粘结剂喷射技术

    粘结剂喷射技术的最大优点就是突破了激光制造的尺寸限制,使尼龙、铸造砂型的打印尺寸达到数米,金属打印实现了批量和低成本,因此成为各种风投的新宠儿。

    1.用于陶瓷、铸造砂打印

    技术特点:通过向粉层零件横截面喷射粘结剂来粘接零件。

    技术原理:打印头通过移动,在零件横截面喷射胶水(喷头直径通常在80μm)来制造零件,一层打印完毕之后,零件降低一个层厚重新铺粉再喷射胶水,重复该过程直到零件制作完毕。根据材料不同,选择是否需要后续烧结。

    点评:将砂型打印拓宽数倍,速度得以提升,成本降低。

    惠普粘结剂喷射成型

    2.用于金属粉末打印

    技术特点:打印过程近似冷成型。

    技术原理:通过一层层喷射粘结剂实现零件成型,后通过高温烧结将零件制作完成。

    点评:可批量、低成本、高速度打印,零件需要的支撑较少,材料成型存在收缩。

    Desktop粘结剂喷射成型

    总结

    材料喷射技术相比粘结剂喷射技术要困难的多,尤其是XJET的纳米粒子喷射技术。材料成本仍然是限制技术发展的重要问题,相对于Polyjet已得到相对广泛的应用,XJET的商用化还须拭目以待。

    粘结剂喷射技术在金属打印领域的应用,笔者认为这大大超过了XJET纳米粒子喷射技术的风头。在粘接金属之前,XJET曾被认为是未来之星,但技术的革新速度让人感叹。同时粘结剂喷射用于金属打印,相对粉末激光成型来说也有诸多优势,前者往往不许添加支撑,可以打印SLM不能打印的更为复杂的结构,以及SLM难以成型的材料。但一种技术是很难完全替代另一种技术的,粘结剂喷射金属成型后续需要烧结,而且涉及材料收缩问题,在一次制造高精度小型零件方面存在弊端,在制造大型零件方面比不上Lens,甚至在表面光洁度方面也比不上XJET。总之,每种技术各有所长,很难出现一枝独秀的局面。

    但无论怎样,喷射技术正在越来越得到人们的关注,3D打印技术本身的突破使其改变制造业成为可能。




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