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惠普多射流熔融技术与激光烧结技术谁优谁劣,该如何选择

3D打印技术参考2020-02-13 12:41:21


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近段时间,惠普在国内多个城市频频举办研讨会,宣传势头强劲,传统激光烧结技术的潜在客户更是被惠普截胡不少,MJF技术似乎已经在舆论方面打下半壁江山。已存在仅30年的激光烧结技术真的被打败了吗?面对两种工艺用户该如何抉择?本篇文章,我们将在精度、材料、成本和制作效率等方面比较两种工艺,方便用户客观选择。

 

MJF&SLS:有什么区别?


惠普多射流熔融(MJF)和选择性激光烧结(SLS)是高分子粉末床成型系列的两种工业3D打印技术。在这两种工艺中,零件都是通过逐层热熔(或烧结)聚合物粉末颗粒成型。MJF和SLS使用的材料都是热塑性聚合物(通常为尼龙),呈颗粒状。

 

激光烧结


MJF和SLS的主要区别是热源。SLS使用激光扫描烧结每个截面;而MJF是通过将助熔剂分散在粉末上,以此吸收更多红外光而熔化。该技术可以看做是SLS铺粉技术和喷射技术的组合。

 

MJF多射流熔融


由于MJF和SLS打印的部件非常相似,因此选择哪种工艺就要在成本、效率以及细微之处进行研究。


工艺流程


选择性激光烧结


首先在构建平台上铺上一层粉末,然后CO2激光器扫描零件截面烧结粉末,然后平台向下移动一层,重复该过程直到作业完成。

 

SLS打印的尼龙件


多射流熔融


第一层粉铺好,然后喷射助熔剂,并在同一时间喷射细化剂以获得高清晰度的边缘,然后再通过热源将粉末熔融,如此以来,层层堆叠成物体的形状。

 

MJF打印的尼龙件


两种工艺在将部件从粉末中取出之前,都需要将成型缸冷却。


制作效率


在SLS中,每个横截面都是逐点熔化,MJF则是以线条方式熔化。但这并不会显著减少打印时间,因为总打印时间还要看打印的总层数和重复次数(MJF分层厚度为0.08mm,SLS通常为0.1mm)。

 


MJF显著提高速度的地方是其配备了含有冷却系统的后处理站,可加快成型缸冷却,并有助于粉末去除。通常MJF打印完毕之后,成型缸在设备中静置约30分钟可取出进入后处理站继续冷却,此时设备可以更换成型缸继续打印;而SLS需要在设备中放置多个小时至低温方可取出,MJF后处理快速冷却系统的使用大大缩短了交付周期


粉末利用率


MJF工艺粉末回收利用率达到80-85%,而SLS粉末只能回收利用50%-60%。


尺寸精度


MJF和SLS都是具有高尺寸精度的工业3D打印技术。但是,MJF在精度方面更具优势。

 


MJF打印头分别率达1200 DPI(或每0.022 mm1个点),而SLS激光光斑尺寸大约为0.4 mm。而且MJF细化剂的使用使其可以打印细小、锐利的结构。两种技术所推荐最小壁厚均为1毫米


但在工业生产上,更高的精度未必有实际意义。


特征

MJF

SLS

尺寸精度

±0.3

±0.2 mm

 ±0.3

±0.3 mm

常见的层厚度

70-100μm

 100-120μm

最小壁厚

0.6mm

 0.7mm

最小细节

0.25mm

 0.3mm

由3D Hubs提供

高分子粉末床技术的优点是不需要支撑结构,允许创建任何复杂自由结构,但MJF和SLS都容易发生翘曲,因此必须避免大面积的截面。在相关测试中发现,MJF打印过程中零件也可能出现翘曲。


外观和表面质量


目前用于MJF系统的助熔剂均是黑色,因为黑色材料可更有效地吸收辐射。因此,MJF零件具有浅灰色外观,后处理时可以统一做成黑色。

 


SLS部件通常为白色,可以处理成任何颜色。灰色的尼龙粉末激光烧结后与MJF打印的零件非常相似。


采用这两种技术打印的零件都具有颗粒状表面,但两者都可以通过后处理达到非常高的标准


材料特性


测试中,两种工艺使用的材料都是PA 12(尼龙),MJF的打印件显示出优异的强度和柔韧性以及更均匀的机械性能,SLS打印件Z方向强度稍低一些。


 性能

HP PA 12

SLS PA 12

抗拉强度

XY48MPa     

Z48MPa

 XY48MPa     

 Z42MPa

拉伸模量

XY1700MPa 

Z1800MPa

 XY1650MPa 

 Z1650MPa

延伸率

XY20%         

Z15

 XY18%          

 Z4

由3D Hubs提供


SLS的优势在于具有更多的材料选择,如碳纤维复合PA,铝粉复合PA以及柔性TPU等。此外,SLS已经有几十年历史,成型过程已具备深入研究。


去年,MJF工艺中只有PA12可用,并且重要的工程性能如冲击强度和蠕变特性并进行相关测试。随着技术成熟,MJF技术会有更多材料选择,当前已知的有PA11,玻璃微珠复合PA12,以及PP材料


成本和交货时间


为了评估这两种技术的成本和交付周期,研究人员在3D Hubs平台上进行了一项实验。每种技术都需6个3D打印服务商报价包括单件打印和小批量生产(30份)。测试中使用的模型体积为23.8 cm3,边界框尺寸为101.9 x 45.0 x 18.0 mm,如下:

 


对于单件打印,MJF和SLS 的成本几乎相同,然而对于小批量生产,SLS的平均价格更加经济(低约10%)。


统计

MJF

SLS

单件费用

平均: $ 46.28 

最低: $  25.71

平均: $ 46.45 
最低: $  26.79

小批量单件费用

平均: $ 28.75 
最低: $  19.00

平均: $ 25.85 
最低: $  19.48

交货时间

平均: 4

最快: 2.9

平均: 7
最快: 5.2

由3D Hubs提供


在交货时间方面差异比较明显:MJF订单的平均交付时间比SLS订单平均快3天。这说明了MJF的工作流程(冷却、后处理等)明显比SLS工作流程更快,并且这对交货时间有显著影响,“快10倍”的说辞倒不至于


展望未来


SLS与SLM一样只能烧结单一材料,但MJF工艺可以通过改变助熔剂的种类或浓度使零件具有不同的材料属性。惠普称,可以通过这种方式控制零件的机械、热学、光学甚至电学性能。不过这种功能在第一代机器中尚不可用,而且只能制造单一材料零件。第二代惠普打印机可支持多材料和多颜色打印。


总结


MJF和SLS都可以生产具有良好尺寸精度、光滑表面和自由几何形状的功能部件。SLS材料的物理性质和力学行为已有详尽的研究,而MJF尚未获得广泛性的研究。SLS的打印成本稍低,但MJF的交货时间要快出很多。未来两者在材料多样化方面将会并驾齐驱,在各方面相差无几的情况下,买家需要考虑的是更在乎效率还是成本


然而,SLS技术可以选择EOS、3D System、华曙,MJF却只有惠普!


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