Page 93 - 《橡塑技术与装备》2024年2期
P. 93
工艺与设备 陶永亮 等·高分子材料 3D 打印应用与案例
度和成本。据惠普披露，其打印速度将比市场上任何 稍高于粉末的熔融温度。打印机在整个构建室一层薄
其它 3D 打印技术快 10 倍以上，而且同样具备精度和 薄的塑料粉末。感热式打印头开始来回移动，从打印
强度 [27] 。 头的热熔融到塑料粉末层中的每个横截面。再次三维
MJF 成型原理 ：先铺一层粉末，然后喷射熔剂， 打印机，塑料粉末，准备新的层，感热式打印头，继
与此同时还会喷射一种精细剂（detailing agent），以 续加热到粉末层，最终三维成型，由未熔化粉末包围。
保证打印对象边缘的精细度，然后再在上面施加一次 未使用的粉是 100％可回收，没有必要额外的支持材
热源。这一层就算完成了。以此类推，直到 3D 对象 料。
完成 [27] 。 选择性热烧结 SHS 与选择性烧结技术 SLS 有相
MJF 打印机核心是位于工作台上的两个模块 ：分 同 之处，都 是烧 结 打 印，SLS 是 用激 光 源，SHS 是
别叫做铺粉模块和热喷头模块。铺粉模块是用来在打 用热源，这就是不同之处。随着选择性热烧结技术
印台上铺设粉末材料的。热喷头模块则是用来喷射 “ 熔 3D 打印机可以使任何复杂的几何形状（最小壁厚为 1
融剂 ” 和 “ 细化剂 ” 这两种化学试剂的，而该模块正 mm）的形成。可以加载多个 3D 模型，并打印在同一
是惠普这款打印机的最大亮点——它能以每秒每英寸 3 时间 [31] ，SHS 现在使用较少。
000 万滴的量喷射这两种试剂。铺粉模块会首先上下 2.4.4 分层实体成型法 LOM
移动铺设一层均匀的粉末。然后热喷头模块会左右移 分层实体成型法（Laminated Object Manufactu
动喷射两种试剂，同时通过两侧的热源加热融化打印 ring，LOM）出现较早的 3D 打印技术之一，由
区域的材料。这个过程会往复进行，直至最后打印完 Helisys 公司（现在的 Cubic Technologies）发明。
成 [28] 。 LOM 法以片材（纸片、塑料薄膜或复合材料）为
MJF 技 术 是 惠普 公 司 的 专 利 技术， 相 比 SLS 技 原料，采用二氧化碳激光器切割系统按照计算机提取
术速度要快 10 倍，所使用的材料与 SLS 技术使用的 的横截面轮廓线数据，将背面涂有热熔胶的纸片材用
材料是一样的，PA12 或者复合 PA12 [29] 。MJF 技术用 激光切割出工件的内外轮廓，同时交叉切割非零件区
PA12 制成的手臂固定器相比石膏更加透气轻便，作为 域以便于废料的去除。切割完一层后，送料机构将新
终端产品有着较高的耐用性，可以大大满足日常生活 的一层纸片材叠加上去，工作台带动已成形的 工件下
中的使用强度。逐渐成为定制化医疗的重要解决方案 降（通常材料厚度为 0.1~0.2 mm），与带状片材（料带）
[30] 。图 10 所示。 分离 ；供料机构转动收料轴和供料轴，带动料带移动，
使新层移到加工区域 ；工作台上升到 加工平面 ；铺纸
滚轮进行热压，工件的层数增加一层，高度增加一个
料厚 ；再在新层上切割截面轮廓，最终完成零件加工。
由于原材料易于获取，LOM 工艺成本较低。加工
过程不涉及化学反应，适合制作大尺寸产品。但由于
传统的 LOM 成型工艺 CO 2 激光器成本高、原材料种
类过少、纸张的强度偏弱且容易受潮等原因，现已经
逐渐退出 3D 打印历史舞台 [26] 。
图 10 MJF 打印手部固定器（网图）
2.4.3 选择性热烧结 SHS 3 结束语
选择性热烧结 SHS（Selective sintering）技术 高分子材料（聚合物）3D 打印得到了迅猛发展，
的 3D 印刷工场，这种创新的丹麦企业成立于 2009 年， 高分子材料有各种颜色，重量轻，价格便宜，容易获
旨在创造一种 “ 办公室 3D 打印机 ”，实惠的价格和高 得，非常适合 3D 打印应用，并且塑料还能承受压力，
质量的印刷。SHS（选择性热烧结）在 2011 年推出 很容易以各种形式成型。世界各国在消费品、汽车、
3D 印刷技术在 EUROMOLD。它类似于激光烧结，但 医疗和电子行业的增材制造中广泛用到高分子材料。
是，而不是使用激光 SHS 使用的热打印头。被保持在 2022 年，塑料类以 30% 以上的份额在 3D 打印市场上
升高的温度下，这样的机械扫描头只需要提升的温度 占据主导地位。根据 P&S Intelligence 的报告，2022
年
2024 第 50 卷 ·39·
