彩色3D打印技术之四--惠普MJF技术

发表于 2017-8-16 15:06:05 显示全部楼层 1 2982

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前不久,惠普基于MJF技术的全彩3D打印机进入国内,作为全彩3D打印技术的一员,本期展示其工作原理。

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惠普3D打印机

1. 惠普打印机成型原理


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成形步骤

惠普所用的3D打印技术为多射流熔融(MultiJet Fusion),其成形步骤如下图所示。
1. 铺设成形粉末;
2. 喷射熔融辅助剂(fusing agent);
3. 喷射细化剂(detailing agent);
4. 在成形区域施加能量使粉末熔融;(注意:喷射细化剂的区域并没有被熔融)
重复1-4直到所有的层片成形结束。

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全套设备,从左至右依次是MJF 3D打印机、构建单元,处理站

HP打印机的核心是位于工作台上的两个模块:分别叫做“铺粉模块”(下图1)和“热喷头模块”(下图2)。“铺粉模块”是用来在打印台上铺设粉末材料的。“热喷头模块”则是用来喷射“熔融剂”和“细化剂”这两种化学试剂的,而该模块正是惠普这款打印机的最大亮点 — 它能以每秒每英寸3000万滴的量喷射这两种试剂。

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铺粉模块

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热喷头模块

实际的打印过程如下图所示:“铺粉模块”会首先上下移动铺设一层均匀的粉末。然后,“热喷头模块”会左右移动喷射两种试剂,同时通过两侧的热源加热融化打印区域的材料。这个过程会往复进行,直至最后打印完成。

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热喷头模块喷射两种试剂并加热

需要指出的是,“熔融剂”会喷射到打印的部分(即打印对象的横截面),作用是让粉末材料充分融化;“细化剂”则会喷射在打印区外边缘,作用是保证打印层表面光滑,提高打印件的精细度。下面放大看看HP打印机的过程模拟:

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铺设粉末

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喷射“熔融剂”(黑色)和“细化剂”(蓝色)

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最后加热,让粉末融化凝结

2. 惠普打印机优势&技术限制

优势

1. 速度快,超过普通技术的10倍。下图就是以打印齿轮为例的速度对比,可以看到同样耗费3小时,惠普多喷射熔融(MJF)技术足足打印出了1000个,远超过FDM以及SLS技术。(点击FDM或SLS查看技术原理)

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2. 打印件质量高。下面就是一个小小验证,用打印的椭圆形结构吊起了一辆汽车。这个结构打印只用了30分钟,重1/4磅(约113克),却可提起最高5吨的重量。

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3. 高精度。打印机喷头可以达到1200dpi的精度,考虑到粉末的扩散,在XY方向的精度可以达到约40微米。

技术限制

1. 材料限制:现在可用材料为尼龙12(PA12),而更多可用材料取决于HP对于细化剂的开发;对于金属器件的打印,可能无法使用一体机,因为直接在设备内部进行烧结/熔融需要的高温会影响电子器材包括喷头的运行。

2. 材料污染:在喷射了细化剂的区域,粉末并没有被烧结,有可能造成粉末的污染(因为这些喷射了细化剂的粉末如果被后续用在成形区域可能不会被熔融)。

3. 可选颜色:HP所用的熔融辅助剂包含了可以吸收光波的物质(可能为炭黑等深色材料),因而所展示的样品为深色;而打印白色等浅色可能会降低能量吸收,从而会增加成形时间,有可能导致无法成形;对于全彩器件的打印,同时需要考虑色素的耐高温能力。

内容来源:创克加科技
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