高通量3D打印工藝，解析哈佛大學(xué)的直接書(shū)寫(xiě)技術(shù)

要提高3D打印的速度，在粉末床激光熔化工藝領(lǐng)域，通過(guò)增加激光光束或安裝激光陣列來(lái)提高打印速度；在材料噴射3D打印工藝領(lǐng)域，通過(guò)多噴嘴的方式可以顯著提升打印速度。在高通量的多噴嘴3D打印工藝方面，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)商業(yè)化的企業(yè)不在少數(shù)。其中Xjet的噴墨打印系統(tǒng)每秒鐘噴射出上千滴“油墨”，聽(tīng)起來(lái)有點(diǎn)像大幅面數(shù)碼打印在Z軸上增加了一個(gè)維度。其他包括惠普的多射流熔融技術(shù)，則將3D打印速度提升了十倍。

高通量3D打印領(lǐng)域，另一個(gè)十分具有想像空間的技術(shù)是直接書(shū)寫(xiě)技術(shù)，這項(xiàng)技術(shù)專利中就包括哈佛大學(xué)Lewis教授的直接書(shū)寫(xiě)專利，那么這一Direct Write打印技術(shù)除了實(shí)現(xiàn)高通量的3D打印工藝，還有哪些特點(diǎn)呢？

Lewis教授的直接書(shū)寫(xiě)技術(shù)描述中重點(diǎn)是多噴嘴Multinozzle沉積系統(tǒng)，這個(gè)系統(tǒng)包括兩個(gè)獨(dú)立的微通道網(wǎng)絡(luò)，第一微通道網(wǎng)絡(luò)和第二微通道網(wǎng)絡(luò)。第一種油墨主要是高分子塑料，包括硅膠以及環(huán)氧樹(shù)脂組成的油墨。

Lewis教授認(rèn)為這種直接書(shū)寫(xiě)的打印技術(shù)有利于創(chuàng)建最小收縮和變形的結(jié)構(gòu)，并且可實(shí)現(xiàn)大尺度打印的可能，這種可以用來(lái)實(shí)現(xiàn)平面和三維維度上微結(jié)構(gòu)的零件快速生產(chǎn)具有廣闊的應(yīng)用空間。具體可商業(yè)化的領(lǐng)域包括印刷電子、太陽(yáng)能電池、微流體芯片、新型復(fù)合材料、組織工程等。

根據(jù)市場(chǎng)研究，在直接書(shū)寫(xiě)3D打印工藝方面，LLNL美國(guó)勞倫斯·利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室也頗為活躍，LLNL還開(kāi)展了一個(gè)新的金屬3D打印技術(shù)研究項(xiàng)目–金屬直寫(xiě)技術(shù)（Direct Metal Writing），并希望通過(guò)該技術(shù)克服目前粉末床3D打印技術(shù)所存在的不足。

與粉末床3D打印技術(shù)不同的是，LLNL金屬直寫(xiě)技術(shù)所使用的打印材料不是金屬粉末，而是由金屬鑄塊加熱而成的半固體狀材料，材料中的固體金屬顆粒被液體金屬所包圍，呈現(xiàn)出膏體一樣的狀態(tài)。像膏體一樣的金屬材料在壓力的作用下，通過(guò)打印噴嘴擠出。與哈佛大學(xué)Lewis教授的直接書(shū)寫(xiě)專利中提到的一致，這種工藝的關(guān)鍵在于如何掌握材料的流動(dòng)屬性。

而LLNL實(shí)驗(yàn)的高性能計(jì)算能力可以準(zhǔn)確模擬材料的流動(dòng)，LLNL將這種模擬技術(shù)用在開(kāi)發(fā)碳纖維復(fù)合材料的3D打印工藝上，模擬了碳纖維復(fù)合材料流經(jīng)3D打印機(jī)噴頭，以數(shù)以千計(jì)的液滴形成固體的過(guò)程。

來(lái)源：3D科學(xué)谷
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