面投影燒結(jié)3D打印技術(shù)來了，一次一層，Vistech直接圖像紅外燒結(jié)DLP-PBF

2021年7月3日，南極熊從外媒了解到，去年挪威公司Visitech發(fā)布了能夠燒結(jié)塑料粉末的滾動(dòng)式DLP投影儀的消息，宣布3D打印了尼龍粉末。據(jù)稱，它有可能在粉末床熔融（PBF）的領(lǐng)域中開辟出一種高產(chǎn)量和低成本的新方法。這種新的紅外（IR）PBF技術(shù)被稱為直接圖像紅外燒結(jié)（DIS）。但南極熊更喜歡叫它為“面燒結(jié)”。

革命性的面曝光技術(shù)，一次燒結(jié)一層

其實(shí)，南極熊認(rèn)為，這可以說是一臺(tái)近紅外投影儀。但現(xiàn)在，Visitech已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了一些粉末材料的燒結(jié)。長(zhǎng)期以來，塑料PBF通常是指選擇性激光燒結(jié)（SLS），激光在粉末床上逐點(diǎn)移動(dòng)，邊移動(dòng)邊熔化塑料顆粒。雖然比熔融沉積FDM技術(shù)具有更高的分辨率，但它的速度很慢，還需要后期對(duì)表面進(jìn)行處理。正如基于投影儀的數(shù)字光處理（DLP）在基于激光的立體光刻（SLA）技術(shù)上取得的進(jìn)展一樣，DIS也將是PBF技術(shù)的巨大進(jìn)化。

△世界上第一個(gè)使用 IR 打印的用于燒結(jié)粉末床融合（DIS）的船模型。圖片由 Visitech 提供

據(jù)Visitech稱，DIS以更高的打印速度、分辨率來改進(jìn)SLS。一次曝光燒結(jié)融合一整層，DIS就像DLP一樣，以指數(shù)級(jí)的方式提高了SLS的3D打印速度。而且Visitech還開發(fā)了一個(gè)滾動(dòng)子系統(tǒng)來堆疊多個(gè)光引擎和一個(gè)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，變成滾動(dòng)投影，將擴(kuò)大打印的尺寸，并提升生產(chǎn)效率。

△堆疊多個(gè)光機(jī)來擴(kuò)大打印尺寸、提升打印速度

Visitech表示，DIS是公司大量研究的結(jié)果，他們?cè)贒LP光機(jī)方面有20年的經(jīng)驗(yàn)。為了創(chuàng)造這項(xiàng)技術(shù)，必須克服與電源管理和系統(tǒng)冷卻有關(guān)的關(guān)鍵挑戰(zhàn)。為了在一次照射曝光中實(shí)現(xiàn)全層圖像投影，研發(fā)團(tuán)隊(duì)必須找到一個(gè)足夠強(qiáng)大的光源，來高精度熔化粉末。他們?cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)能高達(dá)120W的紅外投影儀，來滿足高能需求，以便解決SLS單點(diǎn)激光掃描效率低下的問題。

顛覆性技術(shù)的難點(diǎn)與突破

然而，120W的巨大功率負(fù)荷，造成溫度過高，可能會(huì)損壞光引擎。然后，Visitech將在處理LLS和LRS投影儀方面的專業(yè)知識(shí)應(yīng)用于DIS項(xiàng)目，開發(fā)了一個(gè)強(qiáng)大的液體冷卻系統(tǒng)，可以管理投影儀的工作溫度并延長(zhǎng)使用壽命。

△第一次 DIS 測(cè)試運(yùn)行，打印了Visitech 標(biāo)志中的“V”，很快就適用于高分辨率和大規(guī)模生產(chǎn)能力

據(jù)南極熊了解，一旦確定了適當(dāng)?shù)膮��?shù)，就可以實(shí)現(xiàn)真正的零件打印。

隨著DIS技術(shù)的完善，Visitech已經(jīng)向高產(chǎn)能3D打印商業(yè)化上邁進(jìn)。

Visitech工程有限公司（德國分公司）的總經(jīng)理Alfred Jacobsen指出：”我們現(xiàn)在已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中實(shí)現(xiàn)了面燒結(jié)3D打印，下面需要進(jìn)一步調(diào)整參數(shù)并進(jìn)行深入研究，得出不同材料的工藝數(shù)據(jù)。學(xué)習(xí)各種粉末床材料在這個(gè)過程中的表現(xiàn)，對(duì)機(jī)械制造類的客戶至關(guān)重要�！�

△VISITECH 的 LRS-MCx 參考運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，最多可使用四臺(tái) UV DLP 投影儀或兩臺(tái) NIR 投影儀。圖片由 Visitech 提供

據(jù)說，面燒結(jié)3D打印技術(shù)很快就能達(dá)到類似激光的分辨率，正面開始與SLS競(jìng)爭(zhēng)。此外，雖然目前是尼龍材料，以后最堅(jiān)韌的材料PEEK也有可能實(shí)現(xiàn)面燒結(jié)3D打印。

Jacobsen說：”Visitech的DIS技術(shù)，將把紅外光源套入在DLP光引擎中，實(shí)現(xiàn)與UV-SLA的DLP滾動(dòng)子系統(tǒng)相近的價(jià)格成本。我們認(rèn)為DIS是對(duì)現(xiàn)有激光燒結(jié)的補(bǔ)充，為客戶提供全新的性能。我們的DIS技術(shù)能夠極大提高打印的尺寸幅面，通常以米為單位（例如1米的大型尺寸），同時(shí)仍然保持非常高的分辨率。此外，DIS允許在打印中獲得更高的填充系數(shù)，高功率紅外能量可以一次融合一層粉末材料。而在SLS系統(tǒng)中，激光器是一個(gè)點(diǎn)，來回掃描燒結(jié)，速度慢很多�！�

△Visitech 使用強(qiáng)大的基于DLP 的紅外光引擎成功地實(shí)現(xiàn)了聚合物粉末床融合，一次性投射粉末熔化圖像，這比傳統(tǒng)的 SLS 方法更快。圖片由 Visitech 提供

對(duì)3D打印產(chǎn)業(yè)影響深遠(yuǎn)

為了讓讀者更好認(rèn)識(shí)面投影燒結(jié)3D打印技術(shù)的深遠(yuǎn)意義，南極熊做個(gè)對(duì)比：
關(guān)于傳統(tǒng)DLP面投影在光固化3D打印領(lǐng)域的意義，不少公司基于這一技術(shù)，開發(fā)出高速光固化3D打印機(jī)，正是由于生產(chǎn)效率快、打印精度高這兩大核心競(jìng)爭(zhēng)力，備受產(chǎn)業(yè)界重視，得到突飛猛進(jìn)的發(fā)展，加上大量不同性能的光敏樹脂材料的出現(xiàn)，產(chǎn)生了美國Carbon、美國Nexa、中國清鋒科技、中國迅實(shí)科技、德國Evisiontec等知名3D打印公司，前景無限。

或許有人會(huì)認(rèn)為，這種面燒結(jié)的DLP 3D打印光學(xué)引擎，將可能為下游的3D打印機(jī)廠商提供一種全新的技術(shù)核心方案，同樣憑借生產(chǎn)效率快、打印精度高這兩大核心競(jìng)爭(zhēng)力，未來將有望涌現(xiàn)出一批使用了這個(gè)紅外面燒結(jié)DLP技術(shù)的相關(guān)公司和產(chǎn)品，對(duì)尼龍、PP、TPU、PEEK等應(yīng)用面非常廣泛的材料進(jìn)行高速大批量的打印生產(chǎn)，讓3D打印技術(shù)進(jìn)入終端產(chǎn)品的大規(guī)模應(yīng)用時(shí)代。

但是，120W的功率限制，或許會(huì)讓這個(gè)技術(shù)的應(yīng)用大打折扣！

技術(shù)的局限性
通過查閱有關(guān)資料，南極熊發(fā)現(xiàn)光固化UV 和 光燒結(jié)NIR 投影儀都依賴于德州儀器 (TI) 的 DMD 芯片組。UV 系統(tǒng)與各種鏡頭兼容，可實(shí)現(xiàn)低于 2 微米及更高的分辨率。相比之下，NIR 系統(tǒng)兼容 830 nm 波長(zhǎng)的 紅外1.85x鏡頭 和 1064 nm 波長(zhǎng)的 紅外16X 鏡頭。

NIR DLP 系統(tǒng)能夠輸出高達(dá) 120 W 的光功率，相比之下，工業(yè) SLS 系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)輸出 1000W 或更高功率的激光器。根據(jù)材料吸收光的能力（黑色比亮色調(diào)吸收率更高），曝光時(shí)間可能需要更長(zhǎng)。所以，最終的實(shí)際打印速度，可能并不會(huì)像DLP面投影的高速光固化3D打印技術(shù)那樣高，那樣具有革命性。

實(shí)際上現(xiàn)在市面上的聚合物粉末床熔融SLS技術(shù)，如果用近紅外激光的話，最高輸出功率是500W。對(duì)于DIS技術(shù)的話，最多可以實(shí)現(xiàn)6個(gè)DLP光機(jī)拼接滾動(dòng)曝光打印，這樣6個(gè)的功率就是1200W。