3D打印白色尼龙和黑色尼龙的工艺、尺寸、价格等多维度比较 

2020-11-19 09:18 发布

3D打印行业研究 /[基础] /转载 魔猴网
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目前市场上应用最多的3D打印尼龙材料有两种,一种是基于SLS 3D打印的白色尼龙,另外一种是基于惠普MJF的黑色尼龙(或者称为惠普尼龙),那么这两种主流尼龙,主流的3D打印功能塑料,有什么区别和联系?
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3D打印惠普尼龙设备

多射流熔合(Multi Jet Fusion,MJF)和选择性激光烧结(Seletive Laser Sintering, SLS)分别是黑色和白色尼龙所用的3D打印工艺,两种工艺都属于基于粉末床的3D打印工艺,使用的初始材料都是粉末状,平铺在打印平台,通过对粉末颗粒逐层热熔或者烧结而制成零件。主要区别是热源,SLS使用激光作为热源,而MJF使用一种可吸收红外光的墨水喷在粉床上,然后通过红外热源扫过打印平台来熔合着墨区域.

两种尼龙的性能大体相当,在工作流程,精确性,材料,成本和交货时间上有细微差异,我们来逐一说明。

工艺流程和工作流程

SLS的工艺流程:首先将一薄层粉末均匀平整散布在成型平台上,在该平台上将其加热到接近烧结的温度。然后用激光按预定路劲扫描每个横截面,烧结粉末;然后,平台向下移动一层,然后重复该过程,直到完成。打印完毕后必须先冷却整个料仓,然后才能从粉末中取出零件。
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3D打印白色尼龙

MJF的工艺流程:首先将一薄层粉末均匀平整散布在成型平台上,在该平台上将其加热到接近烧结的温度。将带有喷墨喷嘴的滑架(与桌面普通2D打印机中使用的喷嘴类似)滑过粉末床,在粉末上喷射熔融剂(Fusing Agent)。同时,在零件的边缘附近喷射防止粉末烧结的细化剂(detailing agent);然后,高功率的红外热源照射粉末床并烧结喷射了熔融剂的区域,而其余粉末则保持不变。重复该过程,直到完成所有零件的构建。与SLS相似,MJF打印的零件被封装在粉末中,也需要先冷却下来才能将其取下。
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3D打印惠普尼龙

SLS工艺的每个横截面都是逐点烧结的,而在MJF工艺中,熔合是按逐行逐行的方式进行的。一行行打印理论上会比一点点打印要快,但是事实上,这对整体打印时间的影响不大,这是因为两种工艺的打印时间都主要是由总层数决定的,每层打印时间很多情况远小于每层铺粉时间,两种用的生产时间并没有特别大的差别。

打印结束后,MJF有比SLS更快的冷却和后处理:惠普提供了专用的后处理站,可加快打印床的冷却速度并帮助去除粉尘。在MJF工艺中,回收的粉末的80-85%的可进行回收再利用,而在SLS中,粉末仅可回收50%。更快的粉末冷却时间和更高粉末可回收率意味着,当打印仓仅部分装满时,MJF工艺可能会毫不犹豫地开始工作,而SLS工艺通常会在开始打印之前等待打印仓装满,工作流程的这一细微但关键差异,有可能导致部分MJF交付周期比SLS短,更是进一步对生产成本产生影响。白色尼龙的生产设备主要有两种,一种是EOS P110,用于打印300mm以内的产品,另外一种是巨无霸P770, 当打印物品必须用大设备(EOS P770)打印时,价格可能会大幅提高,因为大设备不好填满,使用大设备势必会造成粉末损耗巨大,运营成本很高,生产成本大幅攀升。

尺寸精度

MJF和SLS都能提供高尺寸精度的工业级3D打印,在精度上两者差别不是很大,非要区分的话,MJF在尺寸精度上的略胜一筹。这主要是因为MJF打印头以1200 DPI(或每0.022毫米大约1个点)来打印,而SLS系统的典型激光光斑直径约为0.3-0.4毫米;此外,MJF中使用的细化剂(detail agent)有助于打印细小的特征和锋利的边缘。

值得注意的是,两种技术都不需要支撑结构,允许创建没有任何支撑去除标记的自由形式的模型,但两者都容易翘曲,因此都必须避免较大的平坦区域。在我们的测试中,我们发现MJF零件比使用SLS打印的零件更容易翘曲。
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外观及表面质量

        当前在MJF系统中使用的熔合剂为黑色,因为深色材料可以更有效地吸收热辐射,这造成MJF零件具有浅灰色外观,可通过可选的后处理步骤,以实现均匀的黑色面漆。

        SLS零件通常为白色,并且可以染成任何颜色。对于某些特定应用,比方说食品相关器具,黑色和灰色等深色是不可接受,从这一点来说,白色无疑可塑性更强一些。

3D打印白色尼龙和黑色尼龙的工艺、尺寸、价格等多维度比较 (2).png 3D打印白色尼龙和黑色尼龙的工艺、尺寸、价格等多维度比较 (3).png 3D打印白色尼龙和黑色尼龙的工艺、尺寸、价格等多维度比较 (4).png
尼龙表面

两种技术打印的零件都具有颗粒状的表面,有磨砂感,但是都可以进行后处理以达到很高的标准。如果审美要求是主要要求,则强烈建议使用后处理上色。
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材料性能

这两个工艺中使用的主要材料都是PA 12(尼龙)。SLS的打印成品在打印方向上(Z方向)稍弱,而相比较,MJF零件具有出色的强度和柔韧性以及更均匀的机械性能。

但是,SLS是一个完善的,久经考验的系统。无论是制造商,服务商,还是独立研究人员都充分记录了SLS材料的性能,应用历史更悠久,各方面文档文献资料都很全面。另一方面,MJF所提供的尼龙重要的工程特性(例如冲击强度和蠕变特性)还并未广泛获得工业界。当然,随着技术的成熟以及更广泛的使用,魔猴相信这一定会有所改变,得到更多的背书和支持。

此外,MJF是一个开放的材料平台,在推出最初始主要只有PA材料一种,现在MJF已经可以提供诸如PA11,PA+玻纤珠,TPU,甚至PP材料,全彩材料,可以预见,惠普这一个策略可以加快材料开发的速度,未来可期。

综合来看,白色尼龙和黑色尼龙的性能差别不大,黑色尼龙的材料性能要更加出色一些,未来也更值得期待。
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成本和交货时间

性能上来讲,黑色尼龙稍优,价格也稍微贵一些,就尺寸的影响来说,一般尺寸小于300mm,白色尼龙更便宜,如果打印尺寸大于300mm但小于380mm, 使用MJF打印更便宜,尺寸更大的件,需要用到P770大设备打印,成本会飙升,当然,如果有可能,也可以选择拆分为小件打印。

交货时间一般相差不大,黑色尼龙由于更高的粉末回收率和更快的冷却速度,有可能会在交货时间上有优势,当然魔猴网为两种材料都提供了24小时的快速发货选项,相信认真读完这篇文章的读者,也能理解为什么交货时间作为了一个可选项会影响生产成本和价格。
来源:魔猴网
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