惠普3D打印機(jī)現(xiàn)場(chǎng)照片

南極熊3D打印網(wǎng)注意到,，在美國(guó)一個(gè)展會(huì)上,，惠普曝光了自主研制的首款多射流熔融3D打印機(jī)。這款工業(yè)級(jí)設(shè)備不但能輕松實(shí)現(xiàn)全彩,，而且能每秒噴射出3.5億個(gè)直徑僅21微米的顆粒,，所以精度和速度都比普通3D打印機(jī)高許多。其中,，速度甚至可達(dá)熔融沉積（FDM）或選擇性激光燒結(jié)（SLS）設(shè)備的至少10倍,。


為啥這款機(jī)受到極大的關(guān)注？南極熊認(rèn)為不僅是由于惠普這個(gè)響亮的名字,，更是因?yàn)槠渌�使用到的新�?D打印技術(shù) — 多射流熔融（MJF）。這種技術(shù)主要是利用兩個(gè)單獨(dú)的熱噴墨陣列來(lái)制造全彩3D物體的,。打印時(shí),，其中一個(gè)會(huì)左右移動(dòng),，噴射出材料，令一個(gè)會(huì)上下移動(dòng),，進(jìn)行噴涂,、上色和沉積，令成品得到理想的強(qiáng)度和紋理,。隨后,，兩個(gè)陣列會(huì)改變方向從而最大化覆蓋面和生產(chǎn)力。接著,，一種細(xì)化劑會(huì)噴射到已經(jīng)成型的結(jié)構(gòu)上,。之后，外部會(huì)對(duì)已經(jīng)和正在沉積的部分加熱,。這些步驟會(huì)往復(fù)循環(huán),，直至整個(gè)物體以層層堆積的方式打印完成。



看了惠普3D打印機(jī)打印出來(lái)的作品,，南極熊心里燃起了一些新希望：功能性的3D打印物件,，將逐步應(yīng)用到普通的工業(yè)生產(chǎn)中啦。


惠普第一次向全世界展示自己的3D打印機(jī)理念是在2014年的10月29日,，當(dāng)時(shí)的執(zhí)行副總裁Dion Weisler（現(xiàn)任CEO）在活動(dòng)會(huì)上中提到“混合實(shí)境”（Blended Reality）的概念,，期待建立一個(gè)能夠激發(fā)人類(lèi)創(chuàng)造力的生態(tài)系統(tǒng)，隨之拋出惠普希望開(kāi)發(fā)3D打印機(jī)的愿景,，并展示了如今已經(jīng)應(yīng)用到惠普3D打印機(jī)產(chǎn)品上的Multi Jet Fusion Process （南極熊備注,，南極熊在此稱(chēng)其為多噴嘴式熔融技術(shù)）。

雖然說(shuō)惠普已經(jīng)是全球家用平面打印機(jī)的巨頭,，而這次,，它并未將眼光放在家用產(chǎn)品上，此次推出的Multi jet Fusion（以下簡(jiǎn)稱(chēng)MJF）是一款工業(yè)級(jí)的產(chǎn)品,。


MJF具備以下優(yōu)勢(shì)：簡(jiǎn)化工作流程并降低成本,，實(shí)現(xiàn)快速成型;以突破性的經(jīng)濟(jì)效益實(shí)現(xiàn)零部件制造;降低了使用門(mén)檻、并支持各行業(yè)新應(yīng)用的開(kāi)放式材料與軟件創(chuàng)新平臺(tái),�,；萜�3D打印業(yè)務(wù)總裁Stephen Nigro稱(chēng)，HP 多噴嘴式熔融 3D打印解決方案以業(yè)內(nèi)的創(chuàng)新方式實(shí)現(xiàn)了高速度,、高質(zhì)量和低成本的有效結(jié)合,。這令企業(yè)和制造商可以重新思考為客戶(hù)設(shè)計(jì)和交付解決方案的方式。

實(shí)際上,，現(xiàn)在看到的惠普3D打印機(jī),，運(yùn)用了兩年前的技術(shù)理念。即便如此,，相比較其他的已經(jīng)耳熟能詳?shù)募夹g(shù)例如工藝熔融沉積制造 (FDM),， 光固化成型（SLA）,，激光燒結(jié)（LS）等等，還是吹來(lái)一陣新鮮的風(fēng),。  

工作原理


圖1. 惠普Multi Jet Fusion工作臺(tái) （圖片來(lái)源：HP Multi Jet Fusion Technology Technical White Paper）

那這臺(tái)機(jī)器到底是怎么工作的呢,？從惠普發(fā)布的白皮書(shū)和最新的YouTube視頻，還是能非常清楚的了解到,，這款機(jī)器的核心是位于工作臺(tái)上的兩個(gè)模塊,，Material Coater with Energy (圖1A)和HP Thermal Inkjet Arrays (圖1B)。這兩個(gè)模塊小編分別起名叫“鋪粉模塊”和“熱噴頭模塊”,�,！颁伔勰�塊”顧名思義，是在工作臺(tái)上分配粉末材料用的,。這個(gè)模塊有三部分組成,，中間是鋪粉末的噴頭，兩邊是能量源,�,！盁釃婎^模塊”用來(lái)噴射化學(xué)試劑Fusing Agent 和 Detailing Agent，小編取名叫“熔融試劑”和“細(xì)節(jié)處理試劑”,，當(dāng)然這個(gè)模塊也是有能量源的,。“熱噴頭模塊”是這款打印機(jī)的亮點(diǎn),，以每秒鐘每英寸3000萬(wàn)滴的速度噴灑化學(xué)試劑,。


工作流程


圖2. 工作流程圖 （圖片來(lái)源：HP Multi Jet Fusion Technology Technical White Paper）

機(jī)器的工作流程是(圖2)，通過(guò)“鋪粉模塊”自上向下滑動(dòng),，在工作臺(tái)上鋪一層均勻的粉末,。“熱噴頭模塊”從左到右噴灑化學(xué)試劑,，并通過(guò)上面的加熱源融化指定區(qū)域的材料,。緊接著“鋪粉模塊”再次鋪粉，“熱噴頭模塊”接著再次灑試劑和加熱,，循環(huán)往復(fù)直至成型,。“熔融試劑”噴灑在需要融化的區(qū)域,，提高材料融化的質(zhì)量和速度,，而“細(xì)節(jié)處理試劑”噴灑在融化區(qū)域的邊緣，保證邊緣表面光滑以及精確的成型,。


溫控系統(tǒng)

圖3. 閉合環(huán)路溫控系統(tǒng)（圖片來(lái)源:hp官網(wǎng)）

對(duì)于這臺(tái)機(jī)器的溫控系統(tǒng),，惠普也是特別強(qiáng)調(diào)�,；萜詹捎瞄]合環(huán)路溫控系統(tǒng)（圖3）,。 機(jī)器頂部有加熱器和熱感攝像機(jī),，通過(guò)測(cè)量工作臺(tái)上的上百個(gè)探測(cè)點(diǎn)的溫度，來(lái)決定哪些區(qū)域需要吸收更多的熱量,。工作臺(tái)上的“鋪粉模塊”和“熱噴頭模塊”都帶有能量源，但是小編自己認(rèn)為兩個(gè)模塊的能量源起到不同的作用,�,！颁伔勰�塊”的能量源可以起到預(yù)熱材料的作用，降低由于溫差較大而導(dǎo)致的變形,，作用與頂部加熱器相同,。“熱噴頭模塊”的能量源起到融化成型的作用,。如此推理,，這個(gè)打印機(jī)的工作臺(tái)只是有探測(cè)溫度的功能，而沒(méi)有加熱的功能,。

乍一看,，這臺(tái)機(jī)器的原理和激光燒結(jié)很像，都是通過(guò)加熱材料來(lái)成型的,，但是激光燒結(jié)并沒(méi)有用到任何化學(xué)試劑,，是物理反應(yīng)�,；萜盏倪@款打印機(jī)用了兩種不同的試劑來(lái)增強(qiáng)材料的融化質(zhì)量以及成型,，這些試劑的成分是什么，發(fā)生了怎樣的化學(xué)反應(yīng),，還有待考證,。不過(guò)，總的來(lái)講還是以熔融反應(yīng)為核心,，利用化學(xué)試劑來(lái)提高打印速度和產(chǎn)品質(zhì)量,。其實(shí)惠普也知道自己的打印原理和激光燒結(jié)很像，所以在發(fā)布的視頻中做了一個(gè)比較,。下面是3分鐘的時(shí)間內(nèi)不同原理制作齒輪的時(shí)間,。

惠普3D打印機(jī)與其他工藝,相同時(shí)間內(nèi)生產(chǎn)的齒輪個(gè)數(shù)

FDM：30個(gè)

激光燒結(jié)：70個(gè)

惠普MJF：1000個(gè)

彩色3D打印

圖4.彩色打印樣品

關(guān)于彩色打印這一塊，惠普提供HP CMYK 彩色墨盒,，CMYK是cyan, magenta, yellow or black的縮寫(xiě),，分別是青色、洋紅,、紅色和黑色,。但是，惠普并沒(méi)有介紹這些彩色染料,，而是著重介紹了另一種試劑,，Transforming Agent,。小編一時(shí)不知道給這個(gè)神奇的化學(xué)劑取什么名字好，名字頗有變形金剛的感覺(jué)（Transformer）,。Transforming Agent 可以在以體素（Voxel）為單位改變產(chǎn)品的性能,，比如和CMYK彩色墨盒一起使用，可以有選擇性的給不同的產(chǎn)品區(qū)域上色,。但是不知道如果不用這種Transforming Agent, 是不是就不可以得到多種顏色的產(chǎn)品了,。其他關(guān)于Transforming Agent 作用，惠普沒(méi)有說(shuō)明,。

圖5.MJF技術(shù)打印紋理

總的來(lái)講,，惠普MJF 3D打印機(jī)更像是在激光燒結(jié)的原理上加了很多化學(xué)試劑，物理反應(yīng)加化學(xué)反應(yīng),，打印速度快,，打印質(zhì)量好。所謂中西醫(yī)結(jié)合療效好,，當(dāng)然,，買(mǎi)家支付的肯定也不是一種治療效果的錢(qián)�,；萜兆鳛槠矫娲蛴�機(jī)的制造商,，已經(jīng)是領(lǐng)頭羊，相信她在3D打印的路上,，也會(huì)越走越好,。