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Vistech发布新3D打印技术,一次烧结一层!

       2021年7月3日,南极熊从外媒了解到,去年挪威公司Visitech发布了能够烧结塑料粉末的滚动式DLP投影仪的消息,宣布3D打印了尼龙粉末。据称,它有可能在粉末床熔融(PBF)的领域中开辟出一种高产量和低成本的新方法。这种新的红外(IR)PBF技术被称为直接图像红外烧结(DIS)。但南极熊更喜欢叫它为“面烧结”。

革命性的面曝光技术,一次烧结一层

其实,南极熊认为,这可以说是一台近红外投影仪。但现在,Visitech已经实现了一些粉末材料的烧结。长期以来,塑料PBF通常是指选择性激光烧结(SLS),激光在粉末床上逐点移动,边移动边熔化塑料颗粒。虽然比熔融沉积FDM技术具有更高的分辨率,但它的速度很慢,还需要后期对表面进行处理。正如基于投影仪的数字光处理(DLP)在基于激光的立体光刻(SLA)技术上取得的进展一样,DIS也将是PBF技术的巨大进化。

△世界上第一个使用 IR 打印的用于烧结粉末床融合(DIS)的船模型。图片由 Visitech 提供

据Visitech称,DIS以更高的打印速度、分辨率来改进SLS。一次曝光烧结融合一整层,DIS就像DLP一样,以指数级的方式提高了SLS的3D打印速度。而且Visitech还开发了一个滚动子系统来堆叠多个光引擎和一个运动平台,变成滚动投影,将扩大打印的尺寸,并提升生产效率。

△堆叠多个光机来扩大打印尺寸、提升打印速度

Visitech表示,DIS是公司大量研究的结果,他们在DLP光机方面有20年的经验。为了创造这项技术,必须克服与电源管理和系统冷却有关的关键挑战。为了在一次照射曝光中实现全层图像投影,研发团队必须找到一个足够强大的光源,来高精度熔化粉末。他们设计了一个能高达120W的红外投影仪,来满足高能需求,以便解决SLS单点激光扫描效率低下的问题。

颠覆性技术的难点与突破

然而,120W的巨大功率负荷,造成温度过高,可能会损坏光引擎。然后,Visitech将在处理LLS和LRS投影仪方面的专业知识应用于DIS项目,开发了一个强大的液体冷却系统,可以管理投影仪的工作温度并延长使用寿命。

△第一次 DIS 测试运行,打印了Visitech 标志中的“V”,很快就适用于高分辨率和大规模生产能力

据南极熊了解,一旦确定了适当的参数,就可以实现真正的零件打印。

随着DIS技术的完善,Visitech已经向高产能3D打印商业化上迈进。

Visitech工程有限公司(德国分公司)的总经理Alfred Jacobsen指出:”我们现在已经在实验室环境中实现了面烧结3D打印,下面需要进一步调整参数并进行深入研究,得出不同材料的工艺数据。学习各种粉末床材料在这个过程中的表现,对机械制造类的客户至关重要。”

△VISITECH 的 LRS-MCx 参考运动平台,最多可使用四台 UV DLP 投影仪或两台 NIR 投影仪。图片由 Visitech 提供

据说,面烧结3D打印技术很快就能达到类似激光的分辨率,正面开始与SLS竞争。此外,虽然目前是尼龙材料,以后最坚韧的材料PEEK也有可能实现面烧结3D打印。

Jacobsen说:”Visitech的DIS技术,将把红外光源套入在DLP光引擎中,实现与UV-SLA的DLP滚动子系统相近的价格成本。我们认为DIS是对现有激光烧结的补充,为客户提供全新的性能。我们的DIS技术能够极大提高打印的尺寸幅面,通常以米为单位(例如1米的大型尺寸),同时仍然保持非常高的分辨率。此外,DIS允许在打印中获得更高的填充系数,高功率红外能量可以一次融合一层粉末材料。而在SLS系统中,激光器是一个点,来回扫描烧结,速度慢很多。”

△Visitech 使用强大的基于DLP 的红外光引擎成功地实现了聚合物粉末床融合,一次性投射粉末熔化图像,这比传统的 SLS 方法更快。图片由 Visitech 提供

新3D打印技术的产业化价值

为了让读者更好认识面投影烧结3D打印技术的深远意义,南极熊做个对比:
关于传统DLP面投影在光固化3D打印领域的意义,不少公司基于这一技术,开发出高速光固化3D打印机,正是由于生产效率快、打印精度高这两大核心竞争力,备受产业界重视,得到突飞猛进的发展,加上大量不同性能的光敏树脂材料的出现,产生了美国Carbon、美国Nexa、中国清锋科技、中国迅实科技、德国Evisiontec等知名3D打印公司,前景无限。

或许有人会认为,这种面烧结的DLP 3D打印光学引擎,将可能为下游的3D打印机厂商提供一种全新的技术核心方案,同样凭借生产效率快、打印精度高这两大核心竞争力,未来将有望涌现出一批使用了这个红外面烧结DLP技术的相关公司和产品,对尼龙、PP、TPU、PEEK等应用面非常广泛的材料进行高速大批量的打印生产,让3D打印技术进入终端产品的大规模应用时代。

但是,120W的功率限制,或许会让这个技术的应用大打折扣!

技术的局限性

通过查阅有关资料,南极熊发现光固化UV 和 光烧结NIR 投影仪都依赖于德州仪器 (TI) 的 DMD 芯片组。UV 系统与各种镜头兼容,可实现低于 2 微米及更高的分辨率。相比之下,NIR 系统兼容 830 nm 波长的 红外1.85x镜头 和 1064 nm 波长的 红外16X 镜头。
NIR DLP 系统能够输出高达 120 W 的光功率,相比之下,工业 SLS 系统可以实现输出 1000W 或更高功率的激光器。根据材料吸收光的能力(黑色比亮色调吸收率更高),曝光时间可能需要更长。所以,最终的实际打印速度,可能并不会像DLP面投影的高速光固化3D打印技术那样高,那样具有革命性。

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