近兩年噴射技術(shù)每隔一段時(shí)日便進(jìn)入人們的視線(xiàn),推出相應技術(shù)的無(wú)一不是明星企業(yè),Stratasys、XJET、惠普陸續推出了基于噴射技術(shù)的打印機,這些打印機正在解決傳統的打印工藝無(wú)法解決的問(wèn)題—彩色、批量以及高表面質(zhì)量。
然而,當人們驚呼技術(shù)本身革命的同時(shí),打印機與材料成本的高昂也讓人望而卻步?;诖?,噴射技術(shù)自身的發(fā)展正在使這一現狀發(fā)生改變。Stratasys宣布推出推出全新的用于噴射技術(shù)的3D打印材料,使成本降低50%;惠普新推出4210系統,從設備結構方面進(jìn)行改進(jìn)實(shí)現零件批量制造,實(shí)現效率進(jìn)一步提升。
以上事實(shí)無(wú)一不在說(shuō)明材料噴射技術(shù)正快速挑戰著(zhù)激光在非金屬粉末和金屬粉末材料方面的應用,而且已經(jīng)在金屬打印領(lǐng)域獲得了突破,成為金屬零件批量打印的重點(diǎn)技術(shù)。諸多消息顯示,材料噴射技術(shù)在3D打印行業(yè)中的地位正變得越來(lái)越重要,越來(lái)越不可忽視。筆者因此對噴射技術(shù)單獨做一期內容。
目前市面上的材料噴射技術(shù)分為兩類(lèi):噴射打印材料與噴射粘結劑。噴射打印材料的筆者稱(chēng)為材料噴射成型技術(shù),噴射粘結劑的統稱(chēng)為粘結劑噴射成型技術(shù)(實(shí)際為3DP技術(shù)),根據各家情況的不同,筆者列了一個(gè)表:
從中看出,直接噴射成型材料的極少,只有Stratasys和XJET,而前者的核心技術(shù)Polyjet又跟XJET有莫大淵源;在3DP技術(shù)門(mén)類(lèi)中,粘結劑又分為特殊膠水和樹(shù)脂粘結劑兩種,作用都是將粉末材料粘接成型。在過(guò)去幾年中,3DP用于砂型制作較多,隨著(zhù)人們對大尺寸砂型結構的需求不斷增加,以及材料科技的發(fā)展,3DP技術(shù)逐漸擠占了激光打印的市場(chǎng);而近期在金屬打印方面,高速、批量和低成本三個(gè)關(guān)鍵詞賺足了人氣,使人們認識到3DP不僅僅可以用來(lái)粘接鑄造砂和尼龍粉末,因而獲得大量投資,粘結劑噴射技術(shù)正在成為金屬打印領(lǐng)域一顆新星!接下來(lái)筆者主要介紹目前主流的噴射打印技術(shù)。
材料噴射成型技術(shù)
1.Polyjet技術(shù)
技術(shù)特點(diǎn):直接噴射樹(shù)脂成型材料
技術(shù)原理:Polyjet技術(shù),采用樹(shù)脂噴射的方式提供材料,在需要打印的位置識別當前層的顏色并噴射樹(shù)脂,通過(guò)光照實(shí)現固化,可立即使用完全固化的模型,無(wú)需額外進(jìn)行后續固化。
點(diǎn)評:精度、強度很高,可實(shí)現多材料不同位置噴射,吊打普通3DP,但價(jià)格也很昂貴??捎糜谥谱髯⑺苣>?、夾具、固定裝置、教學(xué)和促銷(xiāo)展品、生產(chǎn)部件等。
2.NPJ納米粒子噴射技術(shù)
技術(shù)特點(diǎn):直接噴射含金屬粉末或陶瓷顆粒的油墨成型零件
技術(shù)原理:將包裹有納米金屬粉、陶瓷粉或支撐粒子的液體裝入打印機并噴射在建造平臺 上,通過(guò)高溫使液體蒸發(fā)留下金屬部分,最后通過(guò)低溫燒結完成成型。
點(diǎn)評:細節、表面光潔度和精度表現力極高,關(guān)鍵在于納米顆粒在油墨中的分散;清理和后處理會(huì )很簡(jiǎn)單;納米材料成本高昂,只怕買(mǎi)得起設備用不起材料,官方介紹的成本更低并不可信。適合用來(lái)打印鈦合金醫療器械,如膝關(guān)節植入物,還能為汽車(chē)和航空航天領(lǐng)域生產(chǎn)鋁合金零件。
粘結劑噴射技術(shù)
粘結劑噴射技術(shù)的最大優(yōu)點(diǎn)就是突破了激光制造的尺寸限制,使尼龍、鑄造砂型的打印尺寸達到數米,金屬打印實(shí)現了批量和低成本,因此成為各種風(fēng)投的新寵兒。
1.用于陶瓷、鑄造砂打印
技術(shù)特點(diǎn):通過(guò)向粉層零件橫截面噴射粘結劑來(lái)粘接零件。
技術(shù)原理:打印頭通過(guò)移動(dòng),在零件橫截面噴射膠水(噴頭直徑通常在80μm)來(lái)制造零件,一層打印完畢之后,零件降低一個(gè)層厚重新鋪粉再?lài)娚淠z水,重復該過(guò)程直到零件制作完畢。根據材料不同,選擇是否需要后續燒結。
點(diǎn)評:將砂型打印拓寬數倍,速度得以提升,成本降低。
2.用于金屬粉末打印
技術(shù)特點(diǎn):打印過(guò)程近似冷成型。
技術(shù)原理:通過(guò)一層層噴射粘結劑實(shí)現零件成型,后通過(guò)高溫燒結將零件制作完成。
點(diǎn)評:可批量、低成本、高速度打印,零件需要的支撐較少,材料成型存在收縮。
總結
材料噴射技術(shù)相比粘結劑噴射技術(shù)要困難的多,尤其是XJET的納米粒子噴射技術(shù)。材料成本仍然是限制技術(shù)發(fā)展的重要問(wèn)題,相對于Polyjet已得到相對廣泛的應用,XJET的商用化還須拭目以待。
粘結劑噴射技術(shù)在金屬打印領(lǐng)域的應用,筆者認為這大大超過(guò)了XJET納米粒子噴射技術(shù)的風(fēng)頭。在粘接金屬之前,XJET曾被認為是未來(lái)之星,但技術(shù)的革新速度讓人感嘆。同時(shí)粘結劑噴射用于金屬打印,相對粉末激光成型來(lái)說(shuō)也有諸多優(yōu)勢,前者往往不許添加支撐,可以打印SLM不能打印的更為復雜的結構,以及SLM難以成型的材料。但一種技術(shù)是很難完全替代另一種技術(shù)的,粘結劑噴射金屬成型后續需要燒結,而且涉及材料收縮問(wèn)題,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,甚至在表面光潔度方面也比不上XJET??傊?,每種技術(shù)各有所長(cháng),很難出現一枝獨秀的局面。
但無(wú)論怎樣,噴射技術(shù)正在越來(lái)越得到人們的關(guān)注,3D打印技術(shù)本身的突破使其改變制造業(yè)成為可能。
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