女熊友：惠普3D打印機(jī)到底為啥這么牛？

作者/周舟：一個(gè)熱愛3D打印的海歸女熊友（即南極熊3D打印網(wǎng)粉絲）。

女熊友，居然寫得如此技術(shù)流

南極熊給跪了

圖0 惠普 MJF 3D打印機(jī)

時(shí)隔兩年的熱身，惠普終于向3D打印機(jī)行業(yè)投下一枚重磅炸彈，宣告著這個(gè)在平面世界的打印機(jī)老大開始進(jìn)軍三維世界。作為一個(gè)游走在3D打印行業(yè)邊緣的人，小編已經(jīng)關(guān)注這款3D打印機(jī)很長(zhǎng)時(shí)間了，如今聽到真正開賣的消息，還是掩飾不住心中的激動(dòng)之情，趕緊向南極熊3D打印網(wǎng)投稿。

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)人類創(chuàng)造力的生態(tài)系統(tǒng)，隨之拋出惠普希望開發(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;降低了使用門檻、并支持各行業(yè)新應(yīng)用的開放式材料與軟件創(chuàng)新平臺(tái)�；萜�3D打印業(yè)務(wù)總裁Stephen Nigro稱，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。“熱噴頭模塊”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。“鋪粉模塊”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�！盁釃婎^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)并沒有用到任何化學(xué)試劑，是物理反應(yīng)。惠普的這款打印機(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，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(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（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(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。

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

PS：

惠普3D打印機(jī)白皮書·南極熊.pdf (540.83 KB, 下載次數(shù): 708)

2016-5-22 12:30 上傳

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惠普3D打印機(jī)產(chǎn)品手冊(cè).pdf (375.56 KB, 下載次數(shù): 725)

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最后來(lái)個(gè)小彩蛋，惠普3D打印機(jī)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