噴射技術：材料噴射與粘結(jié)劑噴射的特點

近兩年噴射技術每隔一段時日便進入人們的視線，推出相應技術的無一不是明星企業(yè)，Stratasys、XJET、惠普陸續(xù)推出了基于噴射技術的打印機，這些打印機正在解決傳統(tǒng)的打印工藝無法解決的問題—彩色、批量以及高表面質(zhì)量。

然而，當人們驚呼技術本身革命的同時，打印機與材料成本的高昂也讓人望而卻步。基于此，噴射技術自身的發(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的3D打印材料，使成本降低50%；惠普新推出4210系統(tǒng)，從設備結(jié)構方面進行改進實現(xiàn)零件批量制造，實現(xiàn)效率進一步提升。

以上事實無一不在說明材料噴射技術正快速挑戰(zhàn)著激光在非金屬粉末和金屬粉末材料方面的應用，而且已經(jīng)在金屬打印領域獲得了突破，成為金屬零件批量打印的重點技術。諸多消息顯示，材料噴射技術在3D打印行業(yè)中的地位正變得越來越重要，越來越不可忽視。筆者因此對噴射技術單獨做一期內(nèi)容。

目前市面上的材料噴射技術分為兩類：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，噴射粘結(jié)劑的統(tǒng)稱為粘結(jié)劑噴射成型技術（實際為3DP技術），直接噴射成型材料的極少，有Stratasys和XJET等，而前者的核心技術Polyjet又跟XJET有莫大淵源；在3DP技術門類中，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，隨著人們對大尺寸砂型結(jié)構的需求不斷增加，以及材料科技的發(fā)展，3DP技術逐漸擠占了激光打印的市場；而近期在金屬打印方面，高速、批量和低成本三個關鍵詞賺足了人氣，使人們認識到3DP不僅僅可以用來粘接鑄造砂和尼龍粉末，因而獲得大量投資，粘結(jié)劑噴射技術正在成為金屬打印領域一顆新星。

材料噴射成型技術
1.Polyjet技術
技術特點：直接噴射樹脂成型材料
技術原理：Polyjet技術，采用樹脂噴射的方式提供材料，在需要打印的位置識別當前層的顏色并噴射樹脂，通過光照實現(xiàn)固化，可立即使用完全固化的模型，無需額外進行后續(xù)固化。
點評：精度、強度很高，可實現(xiàn)多材料不同位置噴射，吊打普通3DP，但價格也很昂貴�？捎糜谥谱髯⑺苣＞�、夾具、固定裝置、教學和促銷展品、生產(chǎn)部件等。

2.NPJ納米粒子噴射技術
技術特點：直接噴射含金屬粉末或陶瓷顆粒的油墨成型零件
技術原理：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并噴射在建造平臺   上，通過高溫使液體蒸發(fā)留下金屬部分，最后通過低溫燒結(jié)完成成型。
點評：細節(jié)、表面光潔度和精度表現(xiàn)力極高，關鍵在于納米顆粒在油墨中的分散；清理和后處理會很簡單；納米材料成本高昂，只怕買得起設備用不起材料，官方介紹的成本更低并不可信。適合用來打印鈦合金醫(yī)療器械，如膝關節(jié)植入物，還能為汽車和航空航天領域生產(chǎn)鋁合金零件。

粘結(jié)劑噴射技術
粘結(jié)劑噴射技術的最大優(yōu)點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到數(shù)米，金屬打印實現(xiàn)了批量和低成本，因此成為各種風投的新寵兒。

1.用于陶瓷、鑄造砂打印
技術特點：通過向粉層零件橫截面噴射粘結(jié)劑來粘接零件。
技術原理：打印頭通過移動，在零件橫截面噴射膠水（噴頭直徑通常在80μm）來制造零件，一層打印完畢之后，零件降低一個層厚重新鋪粉再噴射膠水，重復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)。
點評：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
技術特點：打印過程近似冷成型。
技術原理：通過一層層噴射粘結(jié)劑實現(xiàn)零件成型，后通過高溫燒結(jié)將零件制作完成。
點評：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)
材料噴射技術相比粘結(jié)劑噴射技術要困難的多，尤其是XJET的納米粒子噴射技術。材料成本仍然是限制技術發(fā)展的重要問題，相對于Polyjet已得到相對廣泛的應用，XJET的商用化還須拭目以待。

粘結(jié)劑噴射技術在金屬打印領域的應用，筆者認為這大大超過了XJET納米粒子噴射技術的風頭。在粘接金屬之前，XJET曾被認為是未來之星，但技術的革新速度讓人感嘆。同時粘結(jié)劑噴射用于金屬打印，相對粉末激光成型來說也有諸多優(yōu)勢，前者往往不許添加支撐，可以打印SLM不能打印的更為復雜的結(jié)構，以及SLM難以成型的材料。但一種技術是很難完全替代另一種技術的，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�？傊�，每種技術各有所長，很難出現(xiàn)一枝獨秀的局面。但無論怎樣，噴射技術正在越來越得到人們的關注，3D打印技術本身的突破使其改變制造業(yè)成為可能。

來源：3D打印技術參考
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