南極熊：以色列XJet噴墨金屬3D打印機(jī)的對比優(yōu)勢

2016年11月，南極熊特約記者到以色列造訪了3D打印領(lǐng)域的當(dāng)紅炸子雞“XJet”，噴墨金屬3D打印開創(chuàng)者，讓金屬3D打印像噴墨一樣層層構(gòu)造物體。


以色列XJet的噴墨金屬3D打印機(jī)在不斷刷新我們對“黑科技”的認(rèn)知。XJet以他們的NanoParticle Jetting技術(shù)而聞名全球，第一代噴墨金屬3D打印機(jī)將在2016年11月15日的德國法蘭克福Formnext展會上驚艷亮相�，F(xiàn)在，它不僅能夠打印金屬，還能打印陶瓷，從而進(jìn)一步拓展了XJet的3D打印技術(shù)。

△XJet有66名公司成員了

作為3D打印界的“游戲顛覆者”，早在2016年5月的佛羅里達(dá)州奧蘭多市的RAPID展會上，Xjet就介紹了他們的NanoParticle Jetting技術(shù)（NPJ）。在此之前，XJet宣布將額外進(jìn)行一輪融資，融資金額高達(dá)2500萬美元。這輪融資通過星火投資基金由Catalyst CEL基金和Autodesk公司領(lǐng)投。值得一提的是，Catalyst CEL基金是以色列-中國的私募股權(quán)投資基金。


△XJET的CBO Dror Danai（左）和CEO Hanan Gothait （右）

XJet首席執(zhí)行官兼創(chuàng)始人Hanan Gothait說：“經(jīng)過多年的研究，我們擁有超過50種注冊專利。我們很高興能夠達(dá)到這一發(fā)展的里程碑，利用NanoParticle Jettin技術(shù)生產(chǎn)高品質(zhì)材料，極大地造福制造業(yè)�！�

XJet的首席商務(wù)官Dror Danai說：“陶瓷材料的拓展能夠讓我們進(jìn)入更多領(lǐng)域，例如牙科，醫(yī)療和特定的工業(yè)應(yīng)用。在formnext展會上，我們將向人們演示陶瓷噴墨技術(shù)，鼓勵(lì)更多的行業(yè)者進(jìn)入這個(gè)領(lǐng)域�！�

南極熊了解到，XJet已經(jīng)從事了十年的金屬3D打印的研發(fā)，目前總共申請了55項(xiàng)專利，一共有66名員工。與一些知名3D打印巨頭企業(yè)都有著合作關(guān)系。
△XJET 3D打印技術(shù)的進(jìn)化源泉。最開始時(shí)候惠普的平面打印技術(shù)，接著進(jìn)化到Objet噴射3D打印技術(shù)（材料是石膏粉末+粘合劑+著色劑），現(xiàn)在進(jìn)化到XJET 3D打印技術(shù)（材料是金屬微顆粒+粘合劑），技術(shù)路線一脈相承但又得到巨大進(jìn)步。

據(jù)XJet介紹，他們把這項(xiàng)創(chuàng)新技術(shù)的優(yōu)勢總結(jié)為“三維創(chuàng)新”：高精細(xì)節(jié)，安全封裝和自由設(shè)計(jì)。


第一個(gè)維度是高精度的細(xì)節(jié)。其優(yōu)勢來源于納米級顆粒，超薄的打印層（薄至2微米）能夠制造極其精密的物件.



△納米級的金屬顆粒


△超薄的打印層（薄至2微米）



△非常光滑的表面質(zhì)量

第二個(gè)維度是安全封裝，簡單可依賴，穩(wěn)定性高。其有兩個(gè)含義：第一個(gè)是納米級顆粒封裝于液體中，第二個(gè)是打印墨水封裝于墨盒里，提供更好的安全性和輕便性。


△液體封裝的納米級金屬顆粒材料


△墨盒封裝的打印原材料



△XJet噴墨金屬3D打印機(jī)的噴頭，正在噴出材料液滴


△XJet噴墨金屬3D打印機(jī)，材料液滴在層層打印


△液體材料經(jīng)過高溫后蒸發(fā)了，剩下金屬部分。南極熊不得不佩服這個(gè)奇思妙想！


△XJet噴墨金屬3D打印機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)


第三個(gè)創(chuàng)新維度是自由設(shè)計(jì)。這項(xiàng)技術(shù)無視支撐結(jié)構(gòu)的復(fù)雜度，幾何限制幾乎為零，無需借助任何外力即可通過專門的技術(shù)融化去除支撐結(jié)構(gòu)。


下圖是傳統(tǒng)支撐結(jié)構(gòu)與XJet支撐結(jié)構(gòu)對比：


最后，我們向大家展示一些XJet的精美作品，領(lǐng)略一下新科技所帶來的獨(dú)特魅力。


△XJet噴墨金屬3D打印機(jī)打印的陶瓷樣品，牙齒

△XJet噴墨金屬3D打印機(jī)打印的金屬件

求大神解答：液體材料蒸發(fā)后，納米金屬顆粒是通過什么結(jié)合在一起的？如果也是通過加熱，這個(gè)熱源跟蒸發(fā)液體的熱源是不是同一個(gè)？我看他們官網(wǎng)上的介紹說溫度在300攝氏度，這對很多金屬來說溫度是不是有點(diǎn)兒低�；蛘哒f金屬被粉碎到納米級別的時(shí)候，金屬間的結(jié)合可能不需要傳統(tǒng)意義上的高溫。。。

材料
用于3D噴墨打印的碳化鎢/鈷油墨組合物
Xjet的碳化鎢/鈷油墨組合物中包括作為載體起作用的液體媒介物，作為亞微米顆粒、納米粒子的碳化鎢(WC)和鈷(Co)。鈷也可以在油墨中以前驅(qū)體(precursors)的形式存在，例如可溶解的有機(jī)鈷化合物、鹽或絡(luò)合物。

這種油墨在完成Xjet的3D打印之后，生坯被送去經(jīng)受燒結(jié)過程，在真空和低溫度(幾百攝氏度)下加熱，其中有機(jī)材料被除去(脫結(jié)合階段)，隨后是在接近于Co的熔點(diǎn)的溫度進(jìn)行的液相燒結(jié)。在燒結(jié)之后，可達(dá)到切割刀具所需要的機(jī)械強(qiáng)度和硬度。

碳化鎢是硬質(zhì)合金的主要原料，硬質(zhì)合金是由細(xì)顆粒的硬質(zhì)合金由粘結(jié)金屬硬質(zhì)合金制成的復(fù)合材料，是一種非常硬的材料，經(jīng)常使用在機(jī)械和汽車工程和建材行業(yè)。硬質(zhì)合金模具是鋼模的的壽命十幾倍乃至幾十倍，硬質(zhì)合金模具高硬度、高強(qiáng)度、耐腐蝕、耐高溫并且膨脹系數(shù)小，一般都是采用鎢鈷的硬質(zhì)合金。

在這方面，德國弗朗霍夫（Fraunhofer）研究所的研究人員已經(jīng)成功地使用3DP粘合劑噴射三維打印技術(shù)生產(chǎn)硬質(zhì)合金模具。在3D 科學(xué)谷看來，現(xiàn)在Xjet的碳化鎢/鈷油墨組合物技術(shù)或許與Fraunhofer將產(chǎn)生競爭關(guān)系。

當(dāng)然，這種特殊的油墨只是Xjet材料技術(shù)中的一例，Xjet對材料布局的全面版圖目前3D科學(xué)谷還不得而知，只是透過Xjet又在光伏領(lǐng)域的專利申請來看，3D科學(xué)谷認(rèn)為Xjet對特殊材料以及特殊應(yīng)用的打印“情有獨(dú)鐘”。

設(shè)備
具有可移動打印頭的噴墨打印系統(tǒng)
Xjet的噴墨打印系統(tǒng)包括：能夠在打印過程中相對于彼此移動的兩個(gè)或更多的打印單元；具有一個(gè)或多個(gè)打印頭的打印單元共同形成了頭部設(shè)置；以及控制器用以控制所述打印單元的移動以在打印過程中動態(tài)地改變所述頭部設(shè)置。

每秒鐘噴射出上千滴“油墨”，聽起來有點(diǎn)像大幅面數(shù)碼打印 以及紡織品的打印，Xjet的特別之處在于其噴射頭多次經(jīng)過相同區(qū)域，每次具有小的偏移，使得每個(gè)噴嘴在若干略微不同的位置噴射。因此，給定噴嘴所形成 的打印區(qū)域會與一個(gè)或多個(gè)其它噴嘴的打印區(qū)域重疊。由于相同區(qū)域由多 于一個(gè)的噴嘴打印，因此這些重疊的打印區(qū)域可以用來減輕噴射不足或完 全不噴射的缺陷噴嘴的影響。因此，使用這種具有重疊打印區(qū)域的多次通 過式噴射可以使得系統(tǒng)即使在具有若干缺陷噴嘴的情況下仍能夠形成高 質(zhì)量的打印。

判斷噴嘴缺陷和需要打印補(bǔ)償?shù)膮��?shù)可以包括例如噴射脈沖、波形、幅值和/或溫度。另外，在設(shè)備的維護(hù)站區(qū)域，噴嘴還接受各種維護(hù)程序，包括例如使用液體或空氣沖洗噴嘴、擦拭并且/或 者刷掃噴嘴和/或孔板、對整個(gè)噴嘴組或部分噴嘴進(jìn)行火噴射、對噴嘴 進(jìn)行加熱或冷卻或者使用液體清洗頭部。可以分析檢查結(jié)果以檢測出例如失效噴嘴、薄弱噴嘴、彎曲 噴嘴、不適當(dāng)?shù)哪�滴量或打印頭的不對齊還可以更換具有永久缺陷的噴嘴。

特殊裝置
帶有自清洗、防沉積與除煙氣裝置的打印系統(tǒng)
Xjet帶有整合的清洗機(jī)構(gòu)的打印頭裝置包括：液體分配頭，包括一個(gè)或多個(gè)液體分配噴嘴，這些噴嘴被包含在噴嘴板內(nèi)，所述液體分配頭是由至少第一壓力和第二壓力來驅(qū)動的；以及防護(hù)罩，包括在噴嘴前面的開口，其中開口是被配置為：a. 當(dāng)打印液體是由所述第一壓力驅(qū)動下從所述分配頭中被分配時(shí)，所述打印液體是以脈沖方式通過在所述防護(hù)罩內(nèi)的所述開口而被分配；b.當(dāng)清洗打印液體是由所述第二壓力驅(qū)動下從所述分配頭中被分配時(shí)，所述打印液體是被抽吸到在所述防護(hù)罩與所述噴嘴板之間形成的毛細(xì)間隙，因而從所述噴嘴附近去除所述清洗打印液體。