材料喷射 3D 打印综合指南

材料喷射在其他 3D 打印技术中脱颖而出，因为它能够生产具有光滑表面光洁度的高精度零件。自 1990 年代后期出现以来，Material jetting 是一种理想的 3D 打印技术，可用于生产全彩色、视觉原型、注塑模具和铸造图案。

今天的教程将详细介绍 Material Jetting工艺、技术的优势和局限性以及材料喷射的最新应用和发展。

材料喷射是如何工作的？

材料喷射是一种喷墨打印工艺，利用打印头将液体光敏材料一层又一层地沉积到构建平台上。与立体光刻 (SLA) 类似，材料喷射使用紫外线来固化材料。材料沉积的方法因打印机而异，可能涉及连续或按需喷射 (DOD) 喷射方法。请注意，DOD 技术通常用于沉积粘性液体材料。

逐步了解该过程：

• 一旦液态树脂被预热以获得更好的粘度，打印头就会开始在构建平台上方移动，在需要的地方沉积第一层材料。
• 支撑结构与零件同时打印，以确保其在打印过程中的稳定性。
• 然后将沉积的材料暴露在紫外线下，在称为光聚合的过程中固化（固化）材料层。
• 一旦第一层凝固，构建平台就会降低一层高度，并重复该过程直到零件完成。
• 现在可以从零件上移除支撑结构，准备好进行后处理。

材料喷射的优势

• 准确度： 材料喷射是 3D 打印技术中精度最高的技术之一。由于材料微小液滴的精确沉积，层可以打印的薄至 0.013 毫米，从而使零件具有非常光滑的表面光洁度，并能够生产具有小而高精度特征的零件。
• 全彩和多材料部件： 材料喷射可用于全色，更值得注意的是多材料 3D 打印，因为打印过程中使用的打印头通常包含多个喷嘴。这些喷嘴可以在单个打印过程中沉积不同的材料和/或不同的颜色。因此，通过材料喷射打印工艺创建的物体可以拥有一系列材料特性，例如刚性、柔韧性、不透明性和半透明性。
• 支持结构： 尽管材料喷射需要支撑结构，但它们可以很容易地在超声波浴中溶解。正确溶解后，支撑物在移除后不会在表面留下痕迹。

材料喷射的局限性

• 机械性能差： 使用材料喷射生产的物体通常较弱，尤其是与 SLS 等其他 3D 打印技术相比时。这使得材料喷射部件通常不适合功能性应用——材料喷射通常用于生产外观比功能更重要的部件。
• 打印过程缓慢： 材料喷射在某种程度上受到打印过程速度的限制。由于小滴材料一次沉积在构建区域的一小部分上，因此创建部件的过程需要更多时间。
• 材料限制： 对于材料喷射，通常只能成功打印粘性材料。然而，目前能够用于印刷过程的粘性材料的数量相当有限。有关材料喷射中使用的材料的更多信息，请参见下文。

材料喷射中使用的材料

如今，材料喷射最常用的两种材料是光敏聚合物（液态）和铸蜡。

Stratasys 和 3D Systems 是市场上最知名的两种材料喷射专家，提供一系列光固化塑料和复合材料。例如，Stratasys 最近开发了所谓的“数字材料”，用于其专有的 PolyJet 技术。

这些材料结合了两种或多种光聚合物，从而形成具有混合特性的材料（例如结合刚性与柔韧性）。虽然用这种材料生产的物体既脆弱又易碎，但也有针对特定应用（如模具和熔模铸造）优化的材料。

目前正在进行大量研究以扩大可用于

例如，以色列Xjet公司开发了用于金属和陶瓷的纳米粒子喷射技术。借助这项技术，陶瓷或金属颗粒悬浮在液体配方中，然后在烧结阶段将其去除。

由 ACEO 开发的硅胶 3D 打印技术实现了材料喷射材料的另一个里程碑®，德国化学巨头瓦克化学股份有限公司的一个部门。 ACEO® 于 2016 年首次亮相，其技术采用“按需投放”技术来制造 100% 硅胶以及具有不同颜色和硬度的多材料部件。

常见应用

材料喷射提供的优势使其成为原型和工具的理想技术。例如，设计师可以利用 Material Jetting 的多材料功能来制作高度准确的全彩色视觉原型。

奥迪预系列中心就是一个很好的例子：使用 Stratasys ' 材料喷射技术，汽车制造商已经能够创建功能齐全的多材料原型，以加快其设计验证过程。

医疗行业越来越多地使用材料喷射技术来生产逼真的解剖结构用于教育目的和术前计划和培训的模型。

Material Jetting 可用于医科大学和医院，以 3D 打印看起来像真实身体部位的全彩解剖模型。这样的模型不仅可以帮助医学生获得更好的学习体验，还可以让外科医生比使用 ​​2D 图像更有效地计划和准备手术。

此外，材料喷射很好- 适用于模具和铸模的小批量生产。借助这种 3D 打印技术，可以更快、更便宜地生产注塑和熔模铸造模具，同时实现传统模具制造无法实现的更高水平的复杂性。

材料喷射也可用于 3D 打印电子设备。例如，Nano Dimension 的 DragonFly 2020 Pro 3D 打印机通过沉积导电银墨水来创建多层电子电路、PCB 原型和天线。

材料喷射 3D 打印机

Material Jetting 3D 打印机具有从中等尺寸 (380 x 250 x 200 毫米) 到大尺寸 (1000 x 800 x 500 毫米) 的各种构建体积，可以根据特定需求进行定制，而不会影响打印的准确性3D 打印部件。 Stratasys 和 3D Systems 是目前材料喷射 3D 打印机的主要制造商。

例如，3D Systems 的 ProJet MJP 5600 3D 打印机使用专有的 MultiJet 打印技术创建多材料彩色零件，用于原型设计和快速模具制造。该系统与公司专有的 VisiJet® 材料兼容。该机器的打印体积为 518 x 381 x 300 毫米，非常适合中型组件。

J750 3D 打印机是 Stratasys 材料喷射系统的最新开发成果。 J750 依赖于专有的 PolyJet 技术。该机器具有 490 x 390 x 200 毫米的构建体积，还可以同时使用 6 种不同材料进行多色和多材料 3D 打印。

总结

材料喷射是创建功能原型和工具的理想技术，因为它可以提供具有高尺寸精度的全彩色和多材料零件。

但是，光聚合物和其他材料正在进行中进一步研究，Material jetting 还具有为终端部件生产带来创新解决方案的潜力，尤其是在 3D 打印电子领域。

由于其按需滴落技术，Material jetting 还展示了生物打印的前景，具有彻底改变再生医学和组织工程的能力。