多噴射融合3D打印（MJP）：原理、打印機、應用、材料以及替代方案
時間：2023-08-28 11:37 來源：南極熊 作者：admin 閱讀：次
多射流融合 (MJF)在3D打印領域屬于相對較新的技術，但在短短幾年內，MJF已經開始邁向工業化。如今，MJF被制造商廣泛采用，是一種可靠的零件制造技術，適用于汽車零件、工廠工具、骨科支架以及消費品等各種產品。
MJF 3D打印機最新系列是Jet Fusion 5400系列，首先介紹HP Jet Fusion 5420W 打印機，除了可以打印普通的深灰色尼龍材料，還可以打印白色的尼龍材料。這種新型白色材料解決方案受到醫療、汽車和消費品行業的追捧，為獲得更鮮艷的色彩和更好的光折射提供了后處理機會。
MJF 也被應用于鞋類，不僅與法國運動品牌迪卡儂合作，還與奢侈品牌 Botter 合作推出3D 打印概念運動鞋(見上圖)。該鞋采用柔性 TPU 材料打印，這也是自行車裝備制造商Posedla為其定制 3D 打印自行車鞍座 Joyseat選擇的材料。
△Reebok/Botter 和迪卡儂的3D打印概念鞋，采用3D 打印Multi Jet Fusion 技術
多射流融合的技術原理
△HP Jet Fusion 5420W 解決方案
Multi Jet Fusion 是惠普于 2016 年向市場推出的一項 3D 打印技術，該技術是在惠普數十年在噴墨打印、可噴射材料、精密低成本機械、材料科學和成像方面的研究基礎上進行的。簡單來說，該技術使用一種液體粘合劑將粉末狀聚合物材料逐層熔合在一起，因使用多個噴墨頭而得名。請注意，不要將惠普的 Multi Jet Fusion 與其金屬打印機中使用的Metal Jet打印工藝混淆，二者非常相似，Metal Jet使用金屬粉末而不是塑料。本文介紹的重點是多噴射融合技術，僅使用塑料。
△MJF 流程分為五個步驟
盡管 MJF 并不完全屬于國際標準組織 (ISO) 定義的七個 3D 打印技術類別之一，但它是粘合劑噴射的一種。所有粘合劑噴射 3D 打印技術均使用噴墨打印頭將液體材料噴射到粉末材料層上。傳統上，塑料或聚合物粘合劑噴射是一種“冷”技術，但惠普在打印過程中引入了熱量，這大大改變了該過程。
在多噴射融合打印過程中，打印機在打印床上鋪設一層材料粉末。隨后，噴墨頭會在粉末上運行，并根據所需零件的數字模型在粉末上沉積熔合劑和細化劑。紅外線加熱裝置也會在打印品上移動。無論在何處添加熔合劑，下面的層都會“熔化”在一起，而暴露于細節劑的區域不會完全熔合，沒有涂抹藥劑的區域仍然是粉末。未熔化的粉末支撐熔化的材料，消除了支撐。為了完成打印過程，整個粉末床以及其中的打印部件被移動到一個單獨的處理站。在這一步驟中，大多數松散的未熔化粉末被真空吸走，可以重復使用。
△借助 HP 3D 打印，Triple August Race Engineering 能夠以更快的速度生產輕質但堅固的零件
多射流融合是一種多功能技術，已在許多行業中得到應用，它在開發過程的各個方面為制造商提供了幫助，從原型設計到創建用于現場測試的功能原型，再到制造最終零件。
多射流融合的應用領域
通過 MJF 取得成功的一些行業包括：
●汽車
MJF 3D 打印正在幫助汽車和車輛制造商降低零部件生產成本，同時提高運營效率。一家西班牙汽車零部件供應商（Continental Automotive Spain SA）使用 MJF 打印開發氣動夾具，縮短新零件加工時間。在捷豹路虎，汽車工程師正在使用 HP Multi Jet Fusion 為工廠工人開發下一代防護設備；通用汽車新建的 15,000 平方英尺增材工業化中心將 HP MJF 機器納入其3D打印機群中，用于生產原型零件、工具、固定裝置和最終用途零件。
△Invent Medical 的 3D 打印 Raptor 面罩由 HP Multi Jet Fusion 3D 打印機制成
●醫療科技
疫情期間3D打印和數字制造的優勢持續增長，彌合了供應鏈差距并提高了從設計到零件的速度。HP 及其全球合作伙伴和客戶網絡已 3D 打印了超過 500 萬個零件，以滿足迫切需求并組建新的生態系統以實現本地制造。
在醫療和牙科行業中，3D打印應用和大規模個性化產品正在呈現爆炸式增長。田納西州納什維爾的 SmileDirectClub 擁有 60 臺 HP Multi Jet Fusion 打印機，全天候工作來制作定制牙科模具；HP Jet Fusion 3D 打印機也正在改變矯形器行業，并實現可定制醫療假肢的生產；Invent Medical使用 HP 白色 PA12 制造定制矯形器和假肢設備，為兒科護理提供新的打印后著色可能性。
△眼鏡是使用 HP Multi Jet Fusion 3D 打印制造的增長最快的消費品類別之一
●消費品
許多類型的消費品需要生產小批量、復雜形狀的零件。百事可樂是世界領先的食品和飲料公司之一，當他們試圖設計一種小面罩來覆蓋飲料罐作為與黑豹電影搭配的產品時，遇到了阻礙。百事可樂公司測試了各種3D打印技術，以制造超級英雄面具的精細細節并還原深黑色。最終，MJF 憑借其高生產速度和耐用性脫穎而出；惠普還與體育用品和眼鏡行業的客戶合作，使用 Multi Jet Fusion，Oakley正在縮短其眼鏡以及其他運動裝備的產品開發階段。Smith為 I/O MAG Imprint 滑雪護目鏡定制的3D打印框架被評為《時代》雜志2022 年最佳發明之一。
多射流融合的優缺點
△HP MJF 機器作為制造解決方案的渲染圖
優點
●打印速度快
●大批量生產周期
●精確打印，呈現精美細節
●個人打印成本低
●設計自由，無需支撐
●粉末回收減少浪費
●能夠在后處理中為零件著色
●高品質表面光潔度
●一致的機械性能
缺點
●昂貴的初始打印機投資
●所有專有材料
●無法生產一些彎曲的、空心的幾何形狀
●最終產品是灰色的，沒有染色劑（使用新的 Jet Fusion 5420W 解決方案打印時除外）
HP 的 MJF 機器陣容
△HP 3D Jet Fusion 4200 系列 3D 打印機
HP主要有兩套 HP Multi Jet Fusion 3D 打印機及配套設備：2016 年推出的 HP 3D Jet Fusion 4200（此后進行了一些升級）和 2019 年推出的 HP Jet Fusion 5200 系列；還有 2019 年推出的 5420W 2023，與 5200 系列幾乎相同，只是打印系統僅專用于白色部件。惠普還有其他 MJF 機器，主要用于原型設計，現已退役。
4200系列
4200系列是 HP 第一個針對小批量和大批量生產的零件，它非常適合工業原型設計和最終零件生產。4200號稱是一款易于使用的解決方案，可根據業務進行擴展，它使用HP專有的熔合劑和細化劑及材料，外部罐可以從處理站提取重復使用的材料，以便用不同的材料替換。
自動化材料混合和裝載系統可簡化工作流程并減少勞動力，這套機器包括一個封閉的拆包和材料收集系統以及一個冷卻模塊，因此可以拆除成品打印床并用新的打印床進行替換，以最大限度地減少停機時間。
△完整的 HP Jet Fusion 5200 系列（來源：HP）
MJF 3D打印機最新系列是Jet Fusion 5400系列，首先介紹HP Jet Fusion 5420W 打印機，除了可以打印普通的深灰色尼龍材料，還可以打印白色的尼龍材料。這種新型白色材料解決方案受到醫療、汽車和消費品行業的追捧，為獲得更鮮艷的色彩和更好的光折射提供了后處理機會。
MJF 也被應用于鞋類，不僅與法國運動品牌迪卡儂合作，還與奢侈品牌 Botter 合作推出3D 打印概念運動鞋(見上圖)。該鞋采用柔性 TPU 材料打印，這也是自行車裝備制造商Posedla為其定制 3D 打印自行車鞍座 Joyseat選擇的材料。
△Reebok/Botter 和迪卡儂的3D打印概念鞋，采用3D 打印Multi Jet Fusion 技術
多射流融合的技術原理
△HP Jet Fusion 5420W 解決方案
Multi Jet Fusion 是惠普于 2016 年向市場推出的一項 3D 打印技術，該技術是在惠普數十年在噴墨打印、可噴射材料、精密低成本機械、材料科學和成像方面的研究基礎上進行的。簡單來說，該技術使用一種液體粘合劑將粉末狀聚合物材料逐層熔合在一起，因使用多個噴墨頭而得名。請注意，不要將惠普的 Multi Jet Fusion 與其金屬打印機中使用的Metal Jet打印工藝混淆，二者非常相似，Metal Jet使用金屬粉末而不是塑料。本文介紹的重點是多噴射融合技術，僅使用塑料。
△MJF 流程分為五個步驟
盡管 MJF 并不完全屬于國際標準組織 (ISO) 定義的七個 3D 打印技術類別之一，但它是粘合劑噴射的一種。所有粘合劑噴射 3D 打印技術均使用噴墨打印頭將液體材料噴射到粉末材料層上。傳統上，塑料或聚合物粘合劑噴射是一種“冷”技術，但惠普在打印過程中引入了熱量，這大大改變了該過程。
在多噴射融合打印過程中，打印機在打印床上鋪設一層材料粉末。隨后，噴墨頭會在粉末上運行，并根據所需零件的數字模型在粉末上沉積熔合劑和細化劑。紅外線加熱裝置也會在打印品上移動。無論在何處添加熔合劑，下面的層都會“熔化”在一起，而暴露于細節劑的區域不會完全熔合，沒有涂抹藥劑的區域仍然是粉末。未熔化的粉末支撐熔化的材料，消除了支撐。為了完成打印過程，整個粉末床以及其中的打印部件被移動到一個單獨的處理站。在這一步驟中，大多數松散的未熔化粉末被真空吸走，可以重復使用。
△借助 HP 3D 打印，Triple August Race Engineering 能夠以更快的速度生產輕質但堅固的零件
多射流融合是一種多功能技術，已在許多行業中得到應用，它在開發過程的各個方面為制造商提供了幫助，從原型設計到創建用于現場測試的功能原型，再到制造最終零件。
多射流融合的應用領域
通過 MJF 取得成功的一些行業包括：
●汽車
MJF 3D 打印正在幫助汽車和車輛制造商降低零部件生產成本，同時提高運營效率。一家西班牙汽車零部件供應商（Continental Automotive Spain SA）使用 MJF 打印開發氣動夾具，縮短新零件加工時間。在捷豹路虎，汽車工程師正在使用 HP Multi Jet Fusion 為工廠工人開發下一代防護設備；通用汽車新建的 15,000 平方英尺增材工業化中心將 HP MJF 機器納入其3D打印機群中，用于生產原型零件、工具、固定裝置和最終用途零件。
△Invent Medical 的 3D 打印 Raptor 面罩由 HP Multi Jet Fusion 3D 打印機制成
●醫療科技
疫情期間3D打印和數字制造的優勢持續增長，彌合了供應鏈差距并提高了從設計到零件的速度。HP 及其全球合作伙伴和客戶網絡已 3D 打印了超過 500 萬個零件，以滿足迫切需求并組建新的生態系統以實現本地制造。
在醫療和牙科行業中，3D打印應用和大規模個性化產品正在呈現爆炸式增長。田納西州納什維爾的 SmileDirectClub 擁有 60 臺 HP Multi Jet Fusion 打印機，全天候工作來制作定制牙科模具；HP Jet Fusion 3D 打印機也正在改變矯形器行業，并實現可定制醫療假肢的生產；Invent Medical使用 HP 白色 PA12 制造定制矯形器和假肢設備，為兒科護理提供新的打印后著色可能性。
△眼鏡是使用 HP Multi Jet Fusion 3D 打印制造的增長最快的消費品類別之一
●消費品
許多類型的消費品需要生產小批量、復雜形狀的零件。百事可樂是世界領先的食品和飲料公司之一，當他們試圖設計一種小面罩來覆蓋飲料罐作為與黑豹電影搭配的產品時，遇到了阻礙。百事可樂公司測試了各種3D打印技術，以制造超級英雄面具的精細細節并還原深黑色。最終，MJF 憑借其高生產速度和耐用性脫穎而出；惠普還與體育用品和眼鏡行業的客戶合作，使用 Multi Jet Fusion，Oakley正在縮短其眼鏡以及其他運動裝備的產品開發階段。Smith為 I/O MAG Imprint 滑雪護目鏡定制的3D打印框架被評為《時代》雜志2022 年最佳發明之一。
多射流融合的優缺點
△HP MJF 機器作為制造解決方案的渲染圖
優點
●打印速度快
●大批量生產周期
●精確打印，呈現精美細節
●個人打印成本低
●設計自由，無需支撐
●粉末回收減少浪費
●能夠在后處理中為零件著色
●高品質表面光潔度
●一致的機械性能
缺點
●昂貴的初始打印機投資
●所有專有材料
●無法生產一些彎曲的、空心的幾何形狀
●最終產品是灰色的，沒有染色劑（使用新的 Jet Fusion 5420W 解決方案打印時除外）
HP 的 MJF 機器陣容
△HP 3D Jet Fusion 4200 系列 3D 打印機
HP主要有兩套 HP Multi Jet Fusion 3D 打印機及配套設備：2016 年推出的 HP 3D Jet Fusion 4200（此后進行了一些升級）和 2019 年推出的 HP Jet Fusion 5200 系列；還有 2019 年推出的 5420W 2023，與 5200 系列幾乎相同，只是打印系統僅專用于白色部件。惠普還有其他 MJF 機器，主要用于原型設計，現已退役。
4200系列
4200系列是 HP 第一個針對小批量和大批量生產的零件，它非常適合工業原型設計和最終零件生產。4200號稱是一款易于使用的解決方案，可根據業務進行擴展，它使用HP專有的熔合劑和細化劑及材料，外部罐可以從處理站提取重復使用的材料，以便用不同的材料替換。
自動化材料混合和裝載系統可簡化工作流程并減少勞動力，這套機器包括一個封閉的拆包和材料收集系統以及一個冷卻模塊，因此可以拆除成品打印床并用新的打印床進行替換，以最大限度地減少停機時間。
△完整的 HP Jet Fusion 5200 系列（來源：HP）
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