什麼是材料噴射(Material Jetting)?– 3D 打印基礎

什麼是材料噴射(Material Jetting)?– 3D 打印基礎

Image source:all3dp

材料噴射(Material Jetting)能高速和高精度打印出多色、多材料部件,這是其他3D打印技術所不具備的。在各3打印技術中,材料噴射是最令人驚歎的。它結合了樹脂3D打印的出色細節和快速的3D打印的速度,以逼真的顏色和紋理創建零件和模型。

與其他3D打印技術不同,目前還沒有適合業餘愛好者的材料噴射機。材料噴射技術(Material Jetting)適用於汽車製造商、工業設計公司、藝術工作室、醫院和所有類型的產品製造商,材料噴射機能快速測試產品設計以及生產,能有效加速工作效率。

最近的材料發展已將材料噴射的應用擴展到生物相容性牙科模具、快速工廠工具以及工業夾具。材料噴射3D打印機,目前市面上最常見的品牌包括Stratasys

本文中描繪的所有產品都是使用材料噴射進行3D打印的,沒有人為塗漆、着色或添加非3D打印部件,材料噴射(Material Jetting)產物非常接近玻璃、木紋、皮革、織物、橡膠把手和光滑塑料的外觀和感覺,使這項技術成爲產品商製造模型的理想選擇。

材料噴射工作:它將樹脂材料從微小的噴嘴快速噴射到模型表面上,並立即用紫外線能量將其固化。你可能會聽到製造商特定的名稱提及它例如Stratasys的PolyJet。

這種創新技術使材料噴射在生產力方面獨樹一幟,它能夠在每次打印生產時同時製造數十個甚至數百個模型。其他3D 打印方法根本無法與材料噴射打印機提供的生產速度和細節精度相媲美,但真正的特點是多色多材質。沒有任何其他技術能夠像材料噴射那樣製造出全彩色和透明的產品,並且在同一部件上印刷多達七種聚合物(加上一種支撐材料)。

什麼是材料噴射(Material Jetting)?– 3D 打印基礎

使用 Stratasys 的 PolyJet 材料噴射技術的 3D 打印藝術品、珠寶和醫療模型

(image source:Stratasys)

什麼是材料噴射?

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Stratasys J55 Prime 如何分散打印材料的插圖

(image source:Stratasys)

材料噴射 Material Jetting 是最快、最準確的3D打印技術之一。由於打印機將樹脂噴射成微小的液滴,因此Material Jetting技術經常被比作2D噴墨工藝,只是它在多層中構建了3D物體。

Material Jetting 3D打印機的主要組件是打印頭、UV光源、打印平台和材料容器。打印頭和光源沿着相同的X軸托架懸掛,該托架在打印平台上來回掃過,同時沉積和固化材料。在某些型號中,打印平台旋轉並且材料噴射是靜止的。成千上萬的噴霧液滴很小(約70µm),並且因爲它們立即固化,所以沒有滲出或積聚。該方法能夠進行高精度打印平滑表面。

要開始Material Jetting打印過程,打印機會加熱樹脂(一次最多八種,具體取決於您的打印機)以達到適當的粘度。隨着 X 軸載體開始穿過打印平台,打印頭選擇性地噴射數千個墨滴。UV 光源跟隨打印頭並立即固化噴塗的樹脂。Material Jetting打印機還可以在任何需要的地方同時創建支撐結構。整層完成後,打印平台降低一層的高度。然後重複該過程,直到零件完成。

什麼是材料噴射(Material Jetting)?– 3D 打印基礎

奧克蘭大學增材製造教授Olaf Diegel在打印的全身醫療模型

(image source:Olaf Diegel)

相似的技術

Drop-on-demand技術與Material Jetting非常相似,但它使用蠟而不是光敏聚合物。如果您的應用只需要蠟,例如,用於珠寶製作的蠟模,按需放置可能更合適,它具有與 Material Jetting 相當的精度。另外一些打印技術使用所謂的納米粒子噴射(NPJ)。這些打印機也使用噴墨,但它們分散懸浮在液體中的金屬或陶瓷顆粒,同時噴射支撐材料。該過程在高溫下進行,在噴射時蒸發液體,大部分僅留下金屬或陶瓷材料,生成的模型只會殘存少量的粘合劑。Material Jetting有時會與粘合劑噴射技術混淆,然而,粘合劑噴射打印機將粘合劑溶液噴射在一層薄薄的粉末材料(金屬、陶瓷或聚合物)上,以將其融合到所需的物體中。

噴射技術的優缺點

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使用 Stratasys的J850 Prime材料噴射機與illusory Material合作3D打印的香水瓶原型

(image source:Stratasys)

正如我們上面提到的,Material Jetting是當前最快、高精細的3D打印技術之一,具有在其他技術不能兼具的功能。然而,Material Jetting 並非沒有侷限性。讓我們更深入地瞭解它的優點和缺點。

優點

彩色打印:由於每個打印頭使用多個噴嘴,Material Jetting 可實現全綵彩色3D打印,打印機可以將染料噴射到基材上,從而在整個CMYK光譜中再現顏色——即數以萬計的顏色。它們甚至可以在透明的、玻璃狀的透明部件內產生顏色,例如用於醫療模型。Stratasys提供1,970種經過Pantone驗證的顏色。

多材料打印:與顏色一樣,多個噴嘴使你能夠在一次打印中分配多種材料(最多八種)。通過在不同的部分加入不同的材料,Material Jetting可以生產出具有優秀的機械性能和光滑表面特性的零件。該系統在一項工作中構建具有清晰靈活的組件的彩色零件。

極高的精度:由於Material Jetting分散微小的樹脂液滴,它可以實現薄至13微米的層高。除了可以精確再現最細微的細節外,這還可以產生與注塑成型相媲美的光滑表面。

快速打印速度:它通常可以達到比其他3D打印技術更高的打印速度——尤其是在一次打印多個部件時。然而,打印速度很大程度上取決於材料、細節水平和部件的尺寸。打印頭需要移動的越遠,構打印速度就越慢。

可溶性支撐:儘管Material Jetting不是一種無支撐技術,但它確實使後處理中的移除支撐變得簡單。大多數Material Jetting 打印機使用可溶性材料作爲支撐,這些材料可以很容易地溶解在超聲波機中,表面遺留的痕跡很少甚至沒有。

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Stratasys 用於 PolyJet J35 Pro 和 J55 Prime 的 WSS 150 可溶性支撐材料

(image source:Stratasys)

缺點

高成本: Material Jetting 打印機既快速又準確,價格昂貴。樹脂材料也很昂貴,而且由於需要支撐,該技術確實會產生浪費。

材料:雖然製造商提供的材料庫已經擴展,你可以組合甚至混合材料,這是一個顯著的優勢。

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