MJF尼龍3D列印+化學蒸汽表面處理:3D列印無模中等批量製造的可行方案

2022-01-06 凱奔三維科技

       塑料類3D列印技術通常可分為光固化、FDM熱熔以及PBF粉末床熔融三個類別。光固化類3D列印由於材料性能原因，目前仍主要被用於臨時使用的手板原型(Carbon除外)；FDM熱熔類技術由於效率和表面粗糙度問題，主要被用於功能原型、工裝夾具或極小量的特殊零件製造。而PBF尼龍粉床技術由於具備無支撐、材料力學性能、耐候性好、縱向可堆疊成型等優勢，一直被認為是最有可能將3D列印推向量產的技術。

        PBF主要指SLS雷射燒結和惠普公司在2016年推出的MJF多射流熔融成型兩種技術，其中MJF在生產效率相比第一代的SLS技術有了顯著提升，目前在全球範圍內發展迅猛。(本文中PBF指Power Bed fusion粉末床熔融技術，包含SLS和MJF兩種技術。SLS指Selective Laser Sintering選擇性雷射燒結技術；MJF指Multi Jet Fusion多射流熔融成型)。

1HP MJF多射流熔融：最接近用於中等批量直接製造的3D技術

      MJF全稱是Multi Jet Fusion，中文翻譯為多射流熔融成型，由美國惠普公司在2016年推向市場，MJF技術主要有以下優勢：

1、製造效率高：MJF4200全倉列印一個流程為15.6小時，新型的5200全倉列印時間僅需10.5小時；

圖|MJF技術原理和流程 

2、製造的零件力學性能好：MJF使用的材料為PA12/PA11/TPU/PP等，成型零件的力學性能與注塑件相近，且具備與注塑件相同的環境耐候性。

圖 | MJF列印的尼龍11眼鏡測試

3、縱向和堆疊列印、無需支撐

      相比光固化類和FDM熱熔類技術讓人苦惱的支撐結構，PBF技術無需支撐，在列印完成後使用噴砂機處理掉表面的粉末即可。

      PBF尼龍技術在全球範圍內已有許多用於工業零件直接製造的案例，比如BMW使用MJF製造的I8 Roadster車窗導軌、日產採用MJF製造的汽車售後備件、戴姆勒採用SLS列印的卡車零件、以及HP自己的3D印表機中，有一半的零件是通過MJF 3D列印直接製造等，眾多案例證明尼龍類3D列印是可以用於直接生產的。

儘管PBF尼龍3D列印件力學性能已經很接近注塑，但仍存在一些不足：

1、如何確保列印零件的批次一致性(力學性能和尺寸一致性)。

     下面兩個視頻分別為2018年我們內部採用MJF列印以及2021年我們通過外部服務商拿到的樣件，可以發現使用相同的設備以及相同的粉末牌號(PA12)，成型的零件性能存在顯著差異。

      我們測試了目前國內各主要尼龍3D服務商提供的樣條，不同廠商的測試條力學性能差異較大，該情況在MJF和SLS技術上都存在，其主要原因在於新舊粉比例、粉末復用次數及打包密度控制。通過降低新粉比例和提高舊粉復用次數，可以降低列印成本，但隨之會犧牲零件力學性能。

       尼龍3D列印只有當能確保足夠的強度以及連續製造的一致性，用戶才會相信該技術可以用於直接生產，否則仍然只是作為手板短期使用。

圖|2018年我們採用MJF列印的護具，壁厚為1.2mm

圖|2021年從服務商拿到的尼龍3D列印樣條

2、尼龍3D列印零件表面較粗糙，無法作為外觀件使用

       MJF/SLS由於技術原因，表面顆粒感明顯，初始列印粗糙度在Ra6-8之間，且尼龍由於材質硬，做二次表面處理相對複雜，限制了該技術在很多要求表面質量的場景應用。

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化學蒸汽表面處理：尼龍3D列印提升力學性能及表面質量新思路

        自2016年惠普發布MJF技術後，PBF尼龍粉床技術的製造效率已經向前邁進了一大步，但如何提升尼龍技術力學性能以及改善表面粗糙度，過去很長時間業內沒有很好的手段。在這之中美國PostProcess、英國AMT以及德國DyeMansion做了很多嘗試。今年初作者看到AMT化學蒸汽拋光方案，確實有眼前一亮的感覺。

1、化學燻蒸拋光作用一：提升PBF尼龍零件力學性能

      通過實際測試可知：經過化學拋光處理後的MJF列印零件，力學性能提升顯著，請看以下視頻：

圖|經過表現處理後的MJF 3D列印零件力學性能測試

2、化學燻蒸拋光作用二：改善PBF列印零件表面質量

     根據測試，經過表面處理後的MJF尼龍零件的表面粗糙度平均從Ra8降低至Ra1.2，同時氣密性/水密性顯著提升，這對於做一些歧管、流道類應用非常有幫助。

圖|經過表現處理後的MJF 3D列印零件，表面改善且防水性能提升

       根據Wholers 2021年的數據，全球範圍內2020年PBF尼龍粉末消耗量相比2019年增長了16.7%，而光固化樹脂消耗僅增長了3.8%，這說明可用於直接製造的尼龍粉床技術正在快速發展。

       MJF技術本身已具備的製造效率、材料性能優勢，再加上化學表面處理改善力學性能和表面質量，為製造企業將3D列印技術用於中小批量快速無模製造提供了新思路。歡迎企業朋友們同我們聯絡、測試。

       

關於我們：

凱奔三維是一家以3D列印諮詢、3D列印設備銷售、金屬3D列印模具製造服務為主要業務的顧問型服務公司，核心團隊在工業3D列印領域已有11年經驗。凱奔三維致力於3D列印技術的普及應用，幫助我國製造企業在快速原型、工裝夾具、金屬隨形冷卻模具、無模快速製造各個應用領域評估選擇最優的3D列印解決方案，幫助企業合理採用3D列印，降低使用成本和風險。

業務範圍：

1、3D列印行業發展、應用諮詢(3D列印應用諮詢/3D設備選型顧問)

2、金屬3D列印模具製造服務(模具設計優化/異形水路設計/金屬3D列印模具製造)

3、工業3D列印設備銷售(Rayshahpe DLP樹脂/HP MJF尼龍/SLM金屬)

更多資訊，歡迎聯繫凱奔三維專業顧問：13380137827(微信同號)





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