面投影燒結3D打印技術來了，一次一層，Vistech直接圖像紅外燒結DLP-PBF

2021年7月3日，南極熊從外媒了解到，去年挪威公司Visitech發(fā)布了能夠燒結塑料粉末的滾動式DLP投影儀的消息，宣布3D打印了尼龍粉末。據稱，它有可能在粉末床熔融（PBF）的領域中開辟出一種高產量和低成本的新方法。這種新的紅外（IR）PBF技術被稱為直接圖像紅外燒結（DIS）。但南極熊更喜歡叫它為“面燒結”。

革命性的面曝光技術，一次燒結一層

其實，南極熊認為，這可以說是一臺近紅外投影儀。但現(xiàn)在，Visitech已經實現(xiàn)了一些粉末材料的燒結。長期以來，塑料PBF通常是指選擇性激光燒結（SLS），激光在粉末床上逐點移動，邊移動邊熔化塑料顆粒。雖然比熔融沉積FDM技術具有更高的分辨率，但它的速度很慢，還需要后期對表面進行處理。正如基于投影儀的數字光處理（DLP）在基于激光的立體光刻（SLA）技術上取得的進展一樣，DIS也將是PBF技術的巨大進化。

△世界上第一個使用 IR 打印的用于燒結粉末床融合（DIS）的船模型。圖片由 Visitech 提供

據Visitech稱，DIS以更高的打印速度、分辨率來改進SLS。一次曝光燒結融合一整層，DIS就像DLP一樣，以指數級的方式提高了SLS的3D打印速度。而且Visitech還開發(fā)了一個滾動子系統(tǒng)來堆疊多個光引擎和一個運動平臺，變成滾動投影，將擴大打印的尺寸，并提升生產效率。

△堆疊多個光機來擴大打印尺寸、提升打印速度

Visitech表示，DIS是公司大量研究的結果，他們在DLP光機方面有20年的經驗。為了創(chuàng)造這項技術，必須克服與電源管理和系統(tǒng)冷卻有關的關鍵挑戰(zhàn)。為了在一次照射曝光中實現(xiàn)全層圖像投影，研發(fā)團隊必須找到一個足夠強大的光源，來高精度熔化粉末。他們設計了一個能高達120W的紅外投影儀，來滿足高能需求，以便解決SLS單點激光掃描效率低下的問題。

顛覆性技術的難點與突破

然而，120W的巨大功率負荷，造成溫度過高，可能會損壞光引擎。然后，Visitech將在處理LLS和LRS投影儀方面的專業(yè)知識應用于DIS項目，開發(fā)了一個強大的液體冷卻系統(tǒng)，可以管理投影儀的工作溫度并延長使用壽命。

△第一次 DIS 測試運行，打印了Visitech 標志中的“V”，很快就適用于高分辨率和大規(guī)模生產能力

據南極熊了解，一旦確定了適當的參數，就可以實現(xiàn)真正的零件打印。

隨著DIS技術的完善，Visitech已經向高產能3D打印商業(yè)化上邁進。

Visitech工程有限公司（德國分公司）的總經理Alfred Jacobsen指出：”我們現(xiàn)在已經在實驗室環(huán)境中實現(xiàn)了面燒結3D打印，下面需要進一步調整參數并進行深入研究，得出不同材料的工藝數據。學習各種粉末床材料在這個過程中的表現(xiàn)，對機械制造類的客戶至關重要�！�

△VISITECH 的 LRS-MCx 參考運動平臺，最多可使用四臺 UV DLP 投影儀或兩臺 NIR 投影儀。圖片由 Visitech 提供

據說，面燒結3D打印技術很快就能達到類似激光的分辨率，正面開始與SLS競爭。此外，雖然目前是尼龍材料，以后最堅韌的材料PEEK也有可能實現(xiàn)面燒結3D打印。

Jacobsen說：”Visitech的DIS技術，將把紅外光源套入在DLP光引擎中，實現(xiàn)與UV-SLA的DLP滾動子系統(tǒng)相近的價格成本。我們認為DIS是對現(xiàn)有激光燒結的補充，為客戶提供全新的性能。我們的DIS技術能夠極大提高打印的尺寸幅面，通常以米為單位（例如1米的大型尺寸），同時仍然保持非常高的分辨率。此外，DIS允許在打印中獲得更高的填充系數，高功率紅外能量可以一次融合一層粉末材料。而在SLS系統(tǒng)中，激光器是一個點，來回掃描燒結，速度慢很多�！�

△Visitech 使用強大的基于DLP 的紅外光引擎成功地實現(xiàn)了聚合物粉末床融合，一次性投射粉末熔化圖像，這比傳統(tǒng)的 SLS 方法更快。圖片由 Visitech 提供

對3D打印產業(yè)影響深遠

為了讓讀者更好認識面投影燒結3D打印技術的深遠意義，南極熊做個對比：
關于傳統(tǒng)DLP面投影在光固化3D打印領域的意義，不少公司基于這一技術，開發(fā)出高速光固化3D打印機，正是由于生產效率快、打印精度高這兩大核心競爭力，備受產業(yè)界重視，得到突飛猛進的發(fā)展，加上大量不同性能的光敏樹脂材料的出現(xiàn)，產生了美國Carbon、美國Nexa、中國清鋒科技、中國迅實科技、德國Evisiontec等知名3D打印公司，前景無限。

或許有人會認為，這種面燒結的DLP 3D打印光學引擎，將可能為下游的3D打印機廠商提供一種全新的技術核心方案，同樣憑借生產效率快、打印精度高這兩大核心競爭力，未來將有望涌現(xiàn)出一批使用了這個紅外面燒結DLP技術的相關公司和產品，對尼龍、PP、TPU、PEEK等應用面非常廣泛的材料進行高速大批量的打印生產，讓3D打印技術進入終端產品的大規(guī)模應用時代。

但是，120W的功率限制，或許會讓這個技術的應用大打折扣！

技術的局限性
通過查閱有關資料，南極熊發(fā)現(xiàn)光固化UV 和 光燒結NIR 投影儀都依賴于德州儀器 (TI) 的 DMD 芯片組。UV 系統(tǒng)與各種鏡頭兼容，可實現(xiàn)低于 2 微米及更高的分辨率。相比之下，NIR 系統(tǒng)兼容 830 nm 波長的 紅外1.85x鏡頭 和 1064 nm 波長的 紅外16X 鏡頭。

NIR DLP 系統(tǒng)能夠輸出高達 120 W 的光功率，相比之下，工業(yè) SLS 系統(tǒng)可以實現(xiàn)輸出 1000W 或更高功率的激光器。根據材料吸收光的能力（黑色比亮色調吸收率更高），曝光時間可能需要更長。所以，最終的實際打印速度，可能并不會像DLP面投影的高速光固化3D打印技術那樣高，那樣具有革命性。

實際上現(xiàn)在市面上的聚合物粉末床熔融SLS技術，如果用近紅外激光的話，最高輸出功率是500W。對于DIS技術的話，最多可以實現(xiàn)6個DLP光機拼接滾動曝光打印，這樣6個的功率就是1200W。