|
近兩年噴射技術(shù)每隔一段時(shí)日便進(jìn)入人們的視線，推出相應(yīng)技術(shù)的無(wú)一不是明星企業(yè)，Stratasys、XJET、惠普陸續(xù)推出了基于噴射技術(shù)的打印機(jī)，這些打印機(jī)正在解決傳統(tǒng)的打印工藝無(wú)法解決的問題—彩色、批量以及高表面質(zhì)量。
然而，當(dāng)人們驚呼技術(shù)本身革命的同時(shí)，打印機(jī)與材料成本的高昂也讓人望而卻步。基于此，噴射技術(shù)自身的發(fā)展正在使這一現(xiàn)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(tǒng)，從設(shè)備結(jié)構(gòu)方面進(jìn)行改進(jìn)實(shí)現(xiàn)零件批量制造，實(shí)現(xiàn)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(zhàn)著激光在非金屬粉末和金屬粉末材料方面的應(yīng)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(duì)噴射技術(shù)單獨(dú)做一期內(nèi)容。
目前市面上的材料噴射技術(shù)分為兩類：噴射打印材料與噴射粘結(jié)劑。噴射打印材料的筆者稱為材料噴射成型技術(shù)，噴射粘結(jié)劑的統(tǒng)稱為粘結(jié)劑噴射成型技術(shù)（實(shí)際為3DP技術(shù)），根據(jù)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)門類中，粘結(jié)劑又分為特殊膠水和樹脂粘結(jié)劑兩種，作用都是將粉末材料粘接成型。在過去幾年中，3DP用于砂型制作較多，隨著人們對(duì)大尺寸砂型結(jié)構(gòu)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(rèn)識(shí)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(jié)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)：直接噴射樹脂成型材料
技術(shù)原理：Polyjet技術(shù)，采用樹脂噴射的方式提供材料，在需要打印的位置識(shí)別當(dāng)前層的顏色并噴射樹脂，通過光照實(shí)現(xiàn)固化，可立即使用完全固化的模型，無(wú)需額外進(jìn)行后續(xù)固化。
點(diǎn)評(píng)：精度、強(qiáng)度很高，可實(shí)現(xiàn)多材料不同位置噴射，吊打普通3DP，但價(jià)格也很昂貴。可用于制作注塑模具、夾具、固定裝置、教學(xué)和促銷展品、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(jī)并噴射在建造平臺(tái) 上，通過高溫使液體蒸發(fā)留下金屬部分，最后通過低溫?zé)Y(jié)完成成型。
點(diǎn)評(píng)：細(xì)節(jié)、表面光潔度和精度表現(xiàn)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，只怕買得起設(shè)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(yī)療器械，如膝關(guān)節(jié)植入物，還能為汽車和航空航天領(lǐng)域生產(chǎn)鋁合金零件。
粘結(jié)劑噴射技術(shù)
粘結(jié)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(dá)到數(shù)米，金屬打印實(shí)現(xiàn)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)：通過向粉層零件橫截面噴射粘結(jié)劑來(lái)粘接零件。
技術(shù)原理：打印頭通過移動(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)層厚重新鋪粉再噴射膠水，重復(fù)該過程直到零件制作完畢。根據(jù)材料不同，選擇是否需要后續(xù)燒結(jié)。
點(diǎn)評(píng)：將砂型打印拓寬數(shù)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)：打印過程近似冷成型。
技術(shù)原理：通過一層層噴射粘結(jié)劑實(shí)現(xiàn)零件成型，后通過高溫?zé)Y(jié)將零件制作完成。
點(diǎn)評(píng)：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(jié)
材料噴射技術(shù)相比粘結(jié)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)展的重要問題，相對(duì)于Polyjet已得到相對(duì)廣泛的應(yīng)用，XJET的商用化還須拭目以待。
粘結(jié)劑噴射技術(shù)在金屬打印領(lǐng)域的應(yīng)用，筆者認(rèn)為這大大超過了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(rèn)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(jié)劑噴射用于金屬打印，相對(duì)粉末激光成型來(lái)說(shuō)也有諸多優(yōu)勢(shì)，前者往往不許添加支撐，可以打印SLM不能打印的更為復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，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(jié)劑噴射金屬成型后續(xù)需要燒結(jié)，而且涉及材料收縮問題，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。總之，每種技術(shù)各有所長(zhǎng)，很難出現(xiàn)一枝獨(dú)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。
|
.png)