惠普3D打印機現(xiàn)場照片

南極熊3D打印網(wǎng)注意到，在美國一個展會上，惠普曝光了自主研制的首款多射流熔融3D打印機。這款工業(yè)級設(shè)備不但能輕松實現(xiàn)全彩，而且能每秒噴射出3.5億個直徑僅21微米的顆粒，所以精度和速度都比普通3D打印機高許多。其中，速度甚至可達熔融沉積（FDM）或選擇性激光燒結(jié)（SLS）設(shè)備的至少10倍。


為啥這款機受到極大的關(guān)注？南極熊認為不僅是由于惠普這個響亮的名字，更是因為其所使用到的新型3D打印技術(shù) — 多射流熔融（MJF）。這種技術(shù)主要是利用兩個單獨的熱噴墨陣列來制造全彩3D物體的。打印時，其中一個會左右移動，噴射出材料，令一個會上下移動，進行噴涂、上色和沉積，令成品得到理想的強度和紋理。隨后，兩個陣列會改變方向從而最大化覆蓋面和生產(chǎn)力。接著，一種細化劑會噴射到已經(jīng)成型的結(jié)構(gòu)上。之后，外部會對已經(jīng)和正在沉積的部分加熱。這些步驟會往復循環(huán)，直至整個物體以層層堆積的方式打印完成。



看了惠普3D打印機打印出來的作品，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打印機理念是在2014年的10月29日，當時的執(zhí)行副總裁Dion Weisler（現(xiàn)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(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打印機的愿景，并展示了如今已經(jīng)應(yīng)用到惠普3D打印機產(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)）。

雖然說惠普已經(jīng)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(chǎn)品上，此次推出的Multi jet Fusion（以下簡稱MJF）是一款工業(yè)級的產(chǎn)品。


MJF具備以下優(yōu)勢：簡化工作流程并降低成本，實現(xiàn)快速成型;以突破性的經(jīng)濟效益實現(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�；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)計和交付解決方案的方式。

實際上，現(xiàn)在看到的惠普3D打印機，運用了兩年前的技術(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(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”�！颁伔勰�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�！盁釃婎^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(jié)處理試劑”，當然這個模塊也是有能量源的�！盁釃婎^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(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)往復直至成型�！叭廴谠噭�”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)（圖片來源:hp官網(wǎng)）

對于這臺機器的溫控系統(tǒng)，惠普也是特別強調(diào)�；萜詹捎瞄]合環(huán)路溫控系統(tǒng)（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(qū)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�！盁釃婎^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(jié)很像，都是通過加熱材料來成型的，但是激光燒結(jié)并沒有用到任何化學試劑，是物理反應(yīng)。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(zhì)量以及成型，這些試劑的成分是什么，發(fā)生了怎樣的化學反應(yīng)，還有待考證。不過，總的來講還是以熔融反應(yīng)為核心，利用化學試劑來提高打印速度和產(chǎn)品質(zhì)量。其實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比較。下面是3分鐘的時間內(nèi)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(nèi)生產(chǎn)的齒輪個數(shù)

FDM：30個

激光燒結(jié)：70個

惠普MJF：1000個

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(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，惠普沒有說明。

圖5.MJF技術(shù)打印紋理

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