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总结:国外5大材料喷射3D打印系统

材料喷射是当前众多3D打印技术中的一大主流技术,所使用的材料喷射3D打印头与纸质喷墨打印机中的打印头类似,不同的是,这些打印头将材料的液滴沉积到构建平台上。

目前,材料喷射系统可以使用的材料包括光敏树脂(Stratasys的PolyJet系统)、金属(Xjet的系统),此外也有结合铺粉的技术(HP的MJF系统)。

通过材料喷射系统3D打印的零件的尺寸精度可以达到±0.1%,并且具有非常好的表面光洁度。材料喷射主要用于原型制造以及制造工具零件。

每个喷射3D打印厂商材料喷射系统略有不同。通常来讲其流程是这样的:先通过打印头将材料加热到特定温度以获得最佳粘度,然后打印头在构建平台上移动并将材料滴沉积到所需位置,一个打印头上一般具有数百个用于材料沉积的喷嘴。

紫外线光源是固化沉积材料的常用方法,喷射系统主要喷射光敏树脂材料,再通过紫外光来固化树脂。通过材料喷射,用户可以控制打印的颜色,甚至可以控制某些材料特性,例如强度或弹性。

Stratasys旗下的J8系列产品就是基于PolyJet技术,目前已经实现了全彩打印、多材料的打印。

△Stratasys 的喷射3D打印系统J8系列

PolyJet即聚合物喷射技术,其成型原理类似3DP技术,但喷射的不是粘合剂而是光固化树脂,喷射完成后通过紫外光照射固化成型。

PolyJet成型原理

阵列喷头工作过程

PolyJet打印过程

粘结剂喷射始于1993年的麻省理工学院,是材料喷射的一种变体。Z Corporation的公司在1995年收购了该技术,3DSystems在数年后收购了ZCorp,并推出了ProJet 660等一系列设备,在全彩色3D打印领域占有一席之地。

△ 3D Systems之前推出的粘结剂喷射设备 Projet 660

此外,ExOne也是这项技术的主要厂商之一,但ExOne的设备主要用于打印砂型和金属。喷射系统主要是喷射粘合剂,根据粉末材料的不同需要选择不同的粘结剂。呋喃粘合剂通常用于砂型铸造应用,酚醛粘合剂通常用于砂型和型芯,硅酸盐粘合剂是对砂型和型芯更环保的粘合剂,水基粘合剂通常用于金属粉末。

△ExOne的X1 160PRO

以下是Exone公司用3DP技术进行砂模铸造的过程:

粘结剂喷射

加热固化

打印成型

在某些情况下,粘结剂是有色的,从而可以构建出多种颜色的零件,这就是所谓的ColorJet打印,目前惠普已经推出了全彩色的喷射3D打印机。

△HP彩色3D打印机:Jet Fusion 300/500

惠普MJF技术的原理

△理铺粉模块

△热喷头模块

△铺设粉末

△喷射“助熔剂”(黑色)和“精细剂”(偏透明)

△最后加热,让粉末融化凝结

以色列的Xjet公司也有其喷射系统,XJet的陶瓷和金属3D打印机基于其专利的NPJ 3D打印技术,这种增材制造工艺使用液体分散来制造3D打印零件,这与许多金属3D打印工艺中所使用的粉末熔融工艺不同。在NPJ技术中,陶瓷和金属颗粒在液体中被喷射出来,当它沉积到构建平台上时,液体蒸发,留下了陶瓷或金属的熔融层。所得零件具有很高的细节,表面光洁度和准确性。

△XJet Carmel 1400 M喷射金属3D打印机

国外制造材料喷射系统的制造商包括:

3D Systems:提供多种材料和粘合剂喷射系统(从Z Corp购买)。

ExOne:该公司在其许多增材制造系统中使用粘合剂喷射。这些材料包括陶瓷,塑料,沙子和一些金属。

HP:使用其喷墨专业知识将化学粘合剂和化学剂喷射到粉末材料的薄层上。

Stratasys:PolyJet 3D打印的制造商,起源于Objet公司(现为Stratasys品牌)。

XJet:NanoParticle Jetting(NPJ),它使用包含建筑纳米粒子或支持纳米粒子的液体。主要材料是金属和陶瓷。

当然,国内也有一批厂商在从事喷射技术3D打印系统的开发,比如峰华卓立、爱司凯、武汉易制、珠海赛纳等。

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