幫你迅速看懂惠普MJF 3D打印技術(shù)

      3D打印行業(yè)可以被描述為一個(gè)小池塘，市值數(shù)十億美元的Stratasys和3D Systems就是這個(gè)池塘里的大魚。但池塘旁邊是一個(gè)滿是鯨魚的海洋，比如歐特克、空中客車、微軟、通用電氣等。然而幾年前，池塘和海洋之間的墻壁開始崩潰，最新進(jìn)入3D打印水域的鯨魚是惠普。

     在3D打印領(lǐng)域，惠普公司的正式進(jìn)軍無疑是對(duì)這個(gè)行業(yè)和市場(chǎng)的一次變革，而惠普J(rèn)et Fusion 3D打印機(jī)6月13日在中國·上海盛大亮相。今天就為你講解惠普與3D打印的關(guān)系，并重點(diǎn)介紹惠普3D打印機(jī)。

1.惠普如何進(jìn)軍3D打印?

      惠普首次試水3D打印領(lǐng)域是2010年與Stratasys公司合作，由Stratesys為其貼牌生產(chǎn)惠普品牌的3D打印機(jī)，這種合作伙伴關(guān)系在2012年結(jié)束。但惠普的研發(fā)團(tuán)隊(duì)并沒有停止在3D打印領(lǐng)域的探索。從2013年的年底開始，惠普早已計(jì)劃在2014年的年中正式進(jìn)軍3D打印市場(chǎng)。

      2013年惠普的CEO梅格·惠特曼(Meg Whitman)在曼谷舉行的Canalys Channels論壇上表示，惠普在3D打印領(lǐng)域的主要研究重點(diǎn)是打印所需的時(shí)間和成本，“打印一個(gè)瓶子要花費(fèi)八到十個(gè)小時(shí)。用戶可能會(huì)感到很有趣，但興趣是會(huì)隨著時(shí)間消失的?！?014年的10月6日，惠普公司迎來了歷史性的一刻。這一天該公司正式宣布分拆為兩個(gè)獨(dú)立運(yùn)行的上市實(shí)體。這兩家公司及其各自繼承的業(yè)務(wù)分割如下：

      Hewlett-Packard Enterprise——將繼承原惠普的網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器、軟件和服務(wù)解決方案業(yè)務(wù)。該公司將主要集中在企業(yè)解決方案領(lǐng)域。

        HP Inc.——將繼承原惠普的個(gè)人電腦、打印機(jī)、以及最受關(guān)注的3D打印機(jī)業(yè)務(wù)。

        在當(dāng)時(shí)，從惠普公司分拆兩個(gè)獨(dú)立運(yùn)行的上市實(shí)體以及即將進(jìn)入3D打印領(lǐng)域這兩件事來看，很多人并不看好惠普能夠真正進(jìn)入3D打印市場(chǎng)。

        2014年10月29日上午，惠普公司正式推出其最新的3D打印技術(shù)：多射流熔融(MultiJet Fusion)。同時(shí)還推出了全球首個(gè)獨(dú)一無二的浸入式計(jì)算平臺(tái)“Sprout”,使得3D設(shè)計(jì)也向前邁了一大步。Sprout集成了3D掃描儀、深度傳感器、高分辨率攝像頭和投影儀，用戶可以很方便地將一個(gè)實(shí)體的物品物理項(xiàng)目隨時(shí)加入現(xiàn)有的數(shù)字工作空間中。人們可以很直接地把自己的作品、工作和項(xiàng)目3D化。

       2014年惠普宣布將推出工業(yè)級(jí)3D打印機(jī)后，在之后這兩年的大部分時(shí)間里惠普卻陷入了沉默，直到2016年。負(fù)責(zé)惠普公司3D打印業(yè)務(wù)的總裁宣布稱MJF 3D打印機(jī)已經(jīng)在該公司的大規(guī)模生產(chǎn)計(jì)劃中，并且將會(huì)在今2016年晚些時(shí)候發(fā)貨，它的零售價(jià)為10萬美元到100萬美元之間 。

       2016年5月17日，惠普公司終于正式推出了備受市場(chǎng)期待的3D打印解決方案，而且一次推出了兩款產(chǎn)品，分別是HP Jet Fusion 3D 3200和HP Jet Fusion 3D 4200。其中3200主要是為快速原型而設(shè)計(jì)的，而4200則主要用于快速制造。而且這兩款產(chǎn)品都包括了一系列的配套工具，比如軟件、處理站和冷卻系統(tǒng)等。

2. 惠普打印機(jī)成型原理

     惠普所用的3D打印技術(shù)為多射流熔融(MultiJet Fusion)，其成形步驟如下圖所示。

1.鋪設(shè)成形粉末（鋪粉厚度范圍70-100）;

2.噴射助熔劑(fusing agent);

3.噴射精細(xì)劑(detailing agent);

4.在成形區(qū)域施加能量使粉末熔融;(注意：噴射精細(xì)劑的區(qū)域并沒有被熔融)

重復(fù)1-4直到所有的層片成形結(jié)束。

全套設(shè)備，從左至右依次是MJF 3D打印機(jī)、構(gòu)建單元，處理站

HP打印機(jī)的核心是位于工作臺(tái)上的兩個(gè)模塊：分別叫做“鋪粉模塊”(下圖1)和“熱噴頭模塊”(下圖2)?！颁伔勰K”是用來在打印臺(tái)上鋪設(shè)粉末材料的。“熱噴頭模塊”則是用來噴射“助熔劑”和“精細(xì)劑”這兩種化學(xué)試劑的，而該模塊正是惠普這款打印機(jī)的最大亮點(diǎn) —它能以每秒每英寸3000萬滴的量噴射這兩種試劑。

鋪粉模塊

熱噴頭模塊

實(shí)際的打印過程如下圖所示：“鋪粉模塊”會(huì)首先上下移動(dòng)鋪設(shè)一層均勻的粉末。然后，“熱噴頭模塊”會(huì)左右移動(dòng)噴射兩種試劑，同時(shí)通過兩側(cè)的熱源加熱融化打印區(qū)域的材料。這個(gè)過程會(huì)往復(fù)進(jìn)行，直至最后打印完成。

熱噴頭模塊噴射兩種試劑并加熱

需要指出的是，“助熔劑”會(huì)噴射到打印的部分(即打印對(duì)象的橫截面)，作用是讓粉末材料充分融化;“精細(xì)劑”則會(huì)噴射在打印區(qū)外邊緣，作用是噴在邊緣上起到一個(gè)隔熱作用，這樣沒有打印的粉末就會(huì)保持一個(gè)松散的狀態(tài)，這樣可以提高粉末的再利用率（80%，而普通SLS在利用率大約是50%）第二是保證打印層表面光滑，提高打印件的精細(xì)度（想想A4紙的光潔度）。下面放大看看HP打印機(jī)的過程模擬：

鋪設(shè)粉末

噴射“助熔劑”(黑色)和“精細(xì)劑”(偏透明)

最后加熱，讓粉末融化凝結(jié)

3. 惠普打印機(jī)優(yōu)勢(shì)&技術(shù)限制

優(yōu)勢(shì)

1.速度壓倒性，超過普通技術(shù)的10倍。下圖就是以打印齒輪為例的速度對(duì)比，可以看到同樣耗費(fèi)3小時(shí)，惠普多噴射熔融(MJF)技術(shù)足足打印出了1000個(gè)，遠(yuǎn)超過FDM以及SLS技術(shù)。(點(diǎn)擊FDM或SLS查看技術(shù)原理)

2.打印件質(zhì)量高。下面就是一個(gè)小小驗(yàn)證，用打印的橢圓形結(jié)構(gòu)吊起了一輛汽車。這個(gè)結(jié)構(gòu)打印只用了30分鐘，重1/4磅(約113克)，卻可提起最高5噸的重量。

3.高精度：打印的精度范圍為0.02-0.1mm。

4.低成本：材料再利用率可達(dá)80%。

技術(shù)限制

1.材料限制：現(xiàn)在可用材料為尼龍12(PA12)，而更多可用材料取決于HP對(duì)于精細(xì)劑的開發(fā);對(duì)于金屬器件的打印，可能無法使用一體機(jī)，因?yàn)橹苯釉谠O(shè)備內(nèi)部進(jìn)行燒結(jié)/熔融需要的高溫會(huì)影響電子器材包括噴頭的運(yùn)行。

2.可選顏色：HP所用的助熔劑包含了可以吸收光波的物質(zhì)(可能為炭黑等深色材料)，因而所展示的樣品為黑色;而打印白色等淺色可能會(huì)降低能量吸收，從而會(huì)增加成形時(shí)間，有可能導(dǎo)致無法成形;對(duì)于全彩器件的打印，同時(shí)需要考慮色素的耐高溫能力。