五种不同类型3D打印机的速度与精度的对决 

3D打印技术 /[基础知识]
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3D打印机的神奇之处在于,其既能打印塑料、树脂,同时还能打印金属、陶瓷等更多不为寻常的材料。当然,打印的材料不同意味着与其匹配的打印技术也就不同。那么,不同的3d打印技术之间,论其打印速度与精度,谁更胜一筹呢?今天,不妨随笔者一起做个横向评比,看看究竟花落谁家。
熔融沉积(FDM)
FDM又叫熔丝沉积,是一种最为常见的3D打印技术,很多民用的桌面级3D打印机采用此技术,多采用PLA或ABS线材。其工作原理就是将丝状热熔性材料加热熔化,通过一个或多个微细喷嘴挤出,遇冷凝固成型。

FDM 3D打印技术
其优点在于,打印系统可用于办公环境或是家庭中,一次成型且易于操作。独有的水溶性支撑技术,令其在去除支撑结构时易如反掌,3D打印所需线材易于搬运以及更换,且颜色丰富;不足的是,FDM技术在成型精度上较差,打印对象的表面光洁度也待改进,成型速度慢。

立体平板印刷技术(SLA)
与FDM技术呈鲜明对比的是SLA技术。采用SLA技术的3D打印机,位于树脂池底部有一个透光的窗口(通常是玻璃材质)。将打印平台下降贴近窗口,中间的缝隙则是液态的树脂。紫外线透过玻璃照射树脂,使很薄的一层树脂快速聚合成为固体。

SLA技术的打印速度会随着所照射紫外线强度的增加,聚合速度也会随之加快。但这并不意味着越快越好,速度过快,会使固化的树脂黏在玻璃窗口,令其与打印平台粘合在一起,导致打印失败。实际上,真正影响打印速度不是树脂聚合,而是平台的机械运动,因为在打印过程中存在停顿。

当然,世间不存在百分之百完美的事物。时间久了,树脂会吸收空气中的水分,导致软薄部分弯曲卷翅。耗材方面,支持SLA打印的材料种类有限,必须是光敏树脂,且对环境有一定的污染甚至令皮肤过敏,此外,需为打印对象设计支撑结构,确保其在成型过程中制作的每一个结构部位都能可靠定位。尽管如此,SLA打印技术的优点依旧显著,打印精度高、系统工作稳定同时分辨率也较高,成品表面光滑等等。

CLIP技术
如果说SLA大大提升了3D打印精度与速度,那么下面出场的CLIP技术,可谓连续液体界面生产技术的高阶版,整个3D打印过程连续无停顿。该技术由Carbon3D公司推出,可将3D打印过程提速25-100倍。利用光和氧气连续地从树脂材料中逐出模型,而非传统的逐层打印,将其称为“连续液界面生产工艺”。

CLIP技术打破了以往3D打印精度与速度不可兼得的困境。连续的照射过程,令打印速度不再受切片层数量的影响,而仅仅取决于紫外线照射时的聚合速度以及聚合的粘性,而切片层厚决定最终成品的表面精度。经试验验证,在1微米的切片精度下,打印出了肉眼难以辨识的光滑表面。目前,CLIP技术原型3D打印机可打印50微米至25厘米的物体,前景不可限量。

Polyjet技术
ObjetGeometries公司于2000年推出了Polyjet技术,采用非接触树脂处理与喷水清除支持材料,其工作原理是以超薄层的状态,将艺术感光聚合材料一层一层地喷射到构建托盘上,每一层感光聚合材料在被喷射后立即用紫外线光照射凝固,可立即进行搬运与使用,无需事后凝固。

实际上,Polyjet技术的优势不在其打印速度,而是在于多种材料的混合喷射。打印质量高,精密喷射与构建材料性能可保证细节精细与薄壁。耗材上,采用非接触树脂载入/卸载,容易清除支持材料,容易更换喷射头,更适合办公室环境。此外,材料多种多样,适用于不同形状、机械性能和颜色的部件,所有类型的模型均使用相同的支持材料,因而能够快速便捷地变换材料。

惠普多射流熔融3D打印技术
最后,我们再来说说惠普2014年末推出的Multi-JetFusion技术。该项技术的惊人之处在于,是以惠普现有的热喷墨技术为基础,将喷头做成孔径细小、密度极高的阵列,喷头一次的单向运动就可以完成一层喷射材料的覆盖。

实际上,Multi-JetFusion技术旨在解决当下3D打印技术所面临的速度、精度、成本三大问题。其工作方式很有趣:先铺一层粉末,然后喷射熔剂,与此同时喷射一种精细剂,确保打印对象边缘的精细度。之后,再在上面施加一次热源,这层就算大功告成,以此类推直到3D对象完成。

Multi-JetFusion技术的打印速度,将快于市场上任何3D打印技术10倍以上,而且兼顾精度和强度。为此,惠普提供了一组统计数据,使用他们的新多喷头熔融技术批量生产1000个齿轮,只需3个小时,而使用高品质的激光烧结设备,至少需要38小时。此外,其喷射系统每秒可喷出3.5亿滴液滴,打印精度高达20微米。

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