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女熊友:惠普3D打印機到底為啥這么牛?

南極熊3D打印2020-06-29 16:01:01

作者/周舟:一個熱愛3D打印的海歸女熊友(即南極熊3D打印網粉絲)。


女熊友,居然寫得如此技術流

南極熊給跪了


圖0 惠普 MJF 3D打印機



時隔兩年的熱身,惠普終于向3D打印機行業投下一枚重磅炸彈,宣告著這個在平面世界的打印機老大開始進軍三維世界。作為一個游走在3D打印行業邊緣的人,小編已經關注這款3D打印機很長時間了,如今聽到真正開賣的消息,還是掩飾不住心中的激動之情,趕緊向南極熊3D打印網投稿。

惠普第一次向全世界展示自己的3D打印機理念是在2014年的10月29日,當時的執行副總裁Dion Weisler(現任CEO)在活動會上中提到“混合實境”(Blended Reality)的概念,期待建立一個能夠激發人類創造力的生態系統,隨之拋出惠普希望開發3D打印機的愿景,并展示了如今已經應用到惠普3D打印機產品上的Multi Jet Fusion Process (南極熊備注,南極熊在此稱其為多噴嘴式熔融技術)。

雖然說惠普已經是全球家用平面打印機的巨頭,而這次,它并未將眼光放在家用產品上,此次推出的Multi jet Fusion(以下簡稱MJF)是一款工業級的產品。

MJF具備以下優勢:簡化工作流程并降低成本,實現快速成型;以突破性的經濟效益實現零部件制造;降低了使用門檻、并支持各行業新應用的開放式材料與軟件創新平臺。惠普3D打印業務總裁Stephen Nigro稱,HP 多噴嘴式熔融 3D打印解決方案以業內的創新方式實現了高速度、高質量和低成本的有效結合。這令企業和制造商可以重新思考為客戶設計和交付解決方案的方式。

實際上,現在看到的惠普3D打印機,運用了兩年前的技術理念。即便如此,相比較其他的已經耳熟能詳的技術例如工藝熔融沉積制造 (FDM), 光固化成型(SLA),激光燒結(LS)等等,還是吹來一陣新鮮的風。??

工作原理


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

那這臺機器到底是怎么工作的呢?從惠普發布的白皮書和最新的YouTube視頻,還是能非常清楚的了解到,這款機器的核心是位于工作臺上的兩個模塊,Material Coater with Energy (圖1A)和HP Thermal Inkjet Arrays (圖1B)。這兩個模塊小編分別起名叫“鋪粉模塊”和“熱噴頭模塊”。“鋪粉模塊”顧名思義,是在工作臺上分配粉末材料用的。這個模塊有三部分組成,中間是鋪粉末的噴頭,兩邊是能量源。“熱噴頭模塊”用來噴射化學試劑Fusing Agent 和 Detailing Agent,小編取名叫“熔融試劑”和“細節處理試劑”,當然這個模塊也是有能量源的。“熱噴頭模塊”是這款打印機的亮點,以每秒鐘每英寸3000萬滴的速度噴灑化學試劑。?


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

機器的工作流程是(圖2),通過“鋪粉模塊”自上向下滑動,在工作臺上鋪一層均勻的粉末。“熱噴頭模塊”從左到右噴灑化學試劑,并通過上面的加熱源融化指定區域的材料。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,循環往復直至成型。“熔融試劑”噴灑在需要融化的區域,提高材料融化的質量和速度,而“細節處理試劑”噴灑在融化區域的邊緣,保證邊緣表面光滑以及精確的成型。


溫控系統
圖3. 閉合環路溫控系統(圖片來源:hp官網)

對于這臺機器的溫控系統,惠普也是特別強調。惠普采用閉合環路溫控系統(圖3)。 機器頂部有加熱器和熱感攝像機,通過測量工作臺上的上百個探測點的溫度,來決定哪些區域需要吸收更多的熱量。工作臺上的“鋪粉模塊”和“熱噴頭模塊”都帶有能量源,但是小編自己認為兩個模塊的能量源起到不同的作用。“鋪粉模塊”的能量源可以起到預熱材料的作用,降低由于溫差較大而導致的變形,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,這個打印機的工作臺只是有探測溫度的功能,而沒有加熱的功能。

乍一看,這臺機器的原理和激光燒結很像,都是通過加熱材料來成型的,但是激光燒結并沒有用到任何化學試劑,是物理反應。惠普的這款打印機用了兩種不同的試劑來增強材料的融化質量以及成型,這些試劑的成分是什么,發生了怎樣的化學反應,還有待考證。不過,總的來講還是以熔融反應為核心,利用化學試劑來提高打印速度和產品質量。其實惠普也知道自己的打印原理和激光燒結很像,所以在發布的視頻中做了一個比較。下面是3分鐘的時間內不同原理制作齒輪的時間。


惠普3D打印機與其他工藝,相同時間內生產的齒輪個數

FDM:30個

激光燒結:70個

惠普MJF:1000個


彩色3D打印

圖4.彩色打印樣品


關于彩色打印這一塊,惠普提供HP CMYK 彩色墨盒,CMYK是cyan, magenta, yellow or black的縮寫,分別是青色、洋紅、紅色和黑色。但是,惠普并沒有介紹這些彩色染料,而是著重介紹了另一種試劑,Transforming Agent。小編一時不知道給這個神奇的化學劑取什么名字好,名字頗有變形金剛的感覺(Transformer)。Transforming Agent 可以在以體素(Voxel)為單位改變產品的性能,比如和CMYK彩色墨盒一起使用,可以有選擇性的給不同的產品區域上色。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品了。其他關于Transforming Agent 作用,惠普沒有說明。


圖5.MJF技術打印紋理


總的來講,惠普MJF 3D打印機更像是在激光燒結的原理上加了很多化學試劑,物理反應加化學反應,打印速度快,打印質量好。所謂中西醫結合療效好,當然,買家支付的肯定也不是一種治療效果的錢。惠普作為平面打印機的制造商,已經是領頭羊,相信她在3D打印的路上,也會越走越好。


小編依稀記得當年應聘惠普公司的時候,談到自己喜歡3D打印機,HR姐姐說了一句,我們就是做打印機的呀。希望下一次再提到惠普的時候,我們想到的不是辦公室里放的那臺用了多年的A4紙打印機,而是3D打印機。


PS:

惠普3D打印機白皮書·南極熊.pdf?(540.83 KB, 下載)

惠普3D打印機產品手冊.pdf?(375.56 KB,下載)?


需要以上文檔資料,請加南極熊微信號392908259


最后,再來一個南極熊拍攝的惠普3D打印機視頻▽


參考資料

“HP Multi Jet Fusion TM Technology – A disruptive 3D printing technology for a new era of manufacture Technical White Paper”, 2015, HP Development Company


“HP Multi Jet Fusion technology powering the new HP Jet Fusion 3D Printers”, HP Graphic Arts, 2016,www.youtube.com/whatch?v=VXntl3ff5tc


“HP Jet Fusion 3D Printer demo at Rapid 2016”, HP Graphic Arts, 2016,?www.youtube.com/whatch?v=F2fIOBtdojY


S. J. Grunewald, “HP Reveals More Info About Their Multi Jet Fusion 3D Printing Technology, Plans for Second 3D”, 2016, 3D Printers, viewed by 22 May 2016,?www.3dprint.com/113630/hp-multi-jet-fusion-plans-info


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