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五種不同類型3D打印機的速度與精度的對決 

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3D打印機的神奇之處在于,其既能打印塑料、樹脂,同時還能打印金屬、陶瓷等更多不為尋常的材料。當然,打印的材料不同意味著與其匹配的打印技術(shù)也就不同。那么,不同的3D打印技術(shù)之間,論其打印速度與精度,誰更勝一籌呢?今天,不妨隨筆者一起做個橫向評比,看看究竟花落誰家。
熔融沉積(FDM)
FDM又叫熔絲沉積,是一種最為常見的3D打印技術(shù),很多民用的桌面級3D打印機采用此技術(shù),多采用PLA或ABS線材。其工作原理就是將絲狀熱熔性材料加熱熔化,通過一個或多個微細噴嘴擠出,遇冷凝固成型。

FDM 3D打印技術(shù)
其優(yōu)點在于,打印系統(tǒng)可用于辦公環(huán)境或是家庭中,一次成型且易于操作。獨有的水溶性支撐技術(shù),令其在去除支撐結(jié)構(gòu)時易如反掌,3D打印所需線材易于搬運以及更換,且顏色豐富;不足的是,F(xiàn)DM技術(shù)在成型精度上較差,打印對象的表面光潔度也待改進,成型速度慢。

立體平板印刷技術(shù)(SLA)
與FDM技術(shù)呈鮮明對比的是SLA技術(shù)。采用SLA技術(shù)的3D打印機,位于樹脂池底部有一個透光的窗口(通常是玻璃材質(zhì))。將打印平臺下降貼近窗口,中間的縫隙則是液態(tài)的樹脂。紫外線透過玻璃照射樹脂,使很薄的一層樹脂快速聚合成為固體。

SLA技術(shù)的打印速度會隨著所照射紫外線強度的增加,聚合速度也會隨之加快。但這并不意味著越快越好,速度過快,會使固化的樹脂黏在玻璃窗口,令其與打印平臺粘合在一起,導致打印失敗。實際上,真正影響打印速度不是樹脂聚合,而是平臺的機械運動,因為在打印過程中存在停頓。

當然,世間不存在百分之百完美的事物。時間久了,樹脂會吸收空氣中的水分,導致軟薄部分彎曲卷翅。耗材方面,支持SLA打印的材料種類有限,必須是光敏樹脂,且對環(huán)境有一定的污染甚至令皮膚過敏,此外,需為打印對象設(shè)計支撐結(jié)構(gòu),確保其在成型過程中制作的每一個結(jié)構(gòu)部位都能可靠定位。盡管如此,SLA打印技術(shù)的優(yōu)點依舊顯著,打印精度高、系統(tǒng)工作穩(wěn)定同時分辨率也較高,成品表面光滑等等。

CLIP技術(shù)
如果說SLA大大提升了3D打印精度與速度,那么下面出場的CLIP技術(shù),可謂連續(xù)液體界面生產(chǎn)技術(shù)的高階版,整個3D打印過程連續(xù)無停頓。該技術(shù)由Carbon3D公司推出,可將3D打印過程提速25-100倍。利用光和氧氣連續(xù)地從樹脂材料中逐出模型,而非傳統(tǒng)的逐層打印,將其稱為“連續(xù)液界面生產(chǎn)工藝”。

CLIP技術(shù)打破了以往3D打印精度與速度不可兼得的困境。連續(xù)的照射過程,令打印速度不再受切片層數(shù)量的影響,而僅僅取決于紫外線照射時的聚合速度以及聚合的粘性,而切片層厚決定最終成品的表面精度。經(jīng)試驗驗證,在1微米的切片精度下,打印出了肉眼難以辨識的光滑表面。目前,CLIP技術(shù)原型3D打印機可打印50微米至25厘米的物體,前景不可限量。

Polyjet技術(shù)
ObjetGeometries公司于2000年推出了Polyjet技術(shù),采用非接觸樹脂處理與噴水清除支持材料,其工作原理是以超薄層的狀態(tài),將藝術(shù)感光聚合材料一層一層地噴射到構(gòu)建托盤上,每一層感光聚合材料在被噴射后立即用紫外線光照射凝固,可立即進行搬運與使用,無需事后凝固。

實際上,Polyjet技術(shù)的優(yōu)勢不在其打印速度,而是在于多種材料的混合噴射。打印質(zhì)量高,精密噴射與構(gòu)建材料性能可保證細節(jié)精細與薄壁。耗材上,采用非接觸樹脂載入/卸載,容易清除支持材料,容易更換噴射頭,更適合辦公室環(huán)境。此外,材料多種多樣,適用于不同形狀、機械性能和顏色的部件,所有類型的模型均使用相同的支持材料,因而能夠快速便捷地變換材料。

惠普多射流熔融3D打印技術(shù)
最后,我們再來說說惠普2014年末推出的Multi-JetFusion技術(shù)。該項技術(shù)的驚人之處在于,是以惠普現(xiàn)有的熱噴墨技術(shù)為基礎(chǔ),將噴頭做成孔徑細小、密度極高的陣列,噴頭一次的單向運動就可以完成一層噴射材料的覆蓋。

實際上,Multi-JetFusion技術(shù)旨在解決當下3D打印技術(shù)所面臨的速度、精度、成本三大問題。其工作方式很有趣:先鋪一層粉末,然后噴射熔劑,與此同時噴射一種精細劑,確保打印對象邊緣的精細度。之后,再在上面施加一次熱源,這層就算大功告成,以此類推直到3D對象完成。

Multi-JetFusion技術(shù)的打印速度,將快于市場上任何3D打印技術(shù)10倍以上,而且兼顧精度和強度。為此,惠普提供了一組統(tǒng)計數(shù)據(jù),使用他們的新多噴頭熔融技術(shù)批量生產(chǎn)1000個齒輪,只需3個小時,而使用高品質(zhì)的激光燒結(jié)設(shè)備,至少需要38小時。此外,其噴射系統(tǒng)每秒可噴出3.5億滴液滴,打印精度高達20微米。
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