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3D打印技术比较:MJF对比SLS

本文探讨了两种常见的3D打印技术——惠普尼龙多流射熔融成型(MJF)和激光烧结成型(SLS)之间的主要差异和相似之处。

激光烧结成型(SLS)惠普尼龙多流射熔融成型(MJF)是聚合物和弹性体领域中比较常见的两种3D打印技术。尽管它们有一些相似之处,但这两种技术之间存在一些差异,使得它们在不同情况下各自更为适用。

3D打印技术描述

激光烧结成型(SLS)

激光烧结成型(SLS)技术中,使用3D CAD模型的横截面来阐释,打印机在构建平台上沉积一层材料粉末。高功率二氧化碳激光根据CAD模型的所需形状烧结这一层,然后在前一层上再沉积一层材料,并再次进行烧结。这种分层和烧结的过程会重复进行,直到部件成型。

SLS 3D printing process
激光烧结成型(SLS)3D打印过程

惠普尼龙多流射熔融成型(MJF)

惠普尼龙多流射熔融成型(MJF),也称为HP MJF,与激光烧结成型(SLS)相似。然而,在惠普尼龙多流射熔融成型(MJF)中,每一层粉末沉积并加热到接近烧结温度后,喷墨阵列会在该层上喷射液体熔合剂,该熔合剂促进红外线的吸收。同时,在部件的外边缘放置细化剂,然后红外光源将所有材料一起烧结,随后在前一层上沉积新的一层粉末。这些过程会重复进行,直到部件成型。

MJF 3D printing process
惠普尼龙多流射熔融成型(MJF)(来源:www.hp.com

SLS 和 HP MJF的相似之处

这两种技术的主要相似之处包括:

  • 两者都是粉末熔融技术,都涉及使用粉末材料进行打印
  • 两者都需要热源进行烧结
  • 两者在打印过程中都不需要支撑结构,因此可以构建复杂的几何形状
  • 两者都通过逐层构建来工作
  • 两者都主要使用热塑性塑料和弹性体

SLS 和HP MJF的差异

材料

SLS技术的历史更为悠久,在1997年获得专利。经过多次改进,这项技术现可适用于多种材料,如聚酰胺 11(PA 11)、聚酰胺 12(PA 12)、聚酰胺 12玻璃纤维填充(PA 12 Glass-filled)、聚醚嵌段酰胺2301 3D(PEBA 2301 3D)、铝填充聚酰胺(Alumide)、热塑性聚氨酯弹性体橡胶(TPU)等。这为激光烧结成型(SLS)技术工艺提供了多样化的选择和灵活性。

相比之下,MJF技术相对较新,直到2017年才开始商业化。因此,这项技术目前只能使用少量材料,如聚酰胺 11(PA 11)、聚酰胺 12(PA 12)和热塑性聚氨酯弹性体橡胶(TPU)。

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尺寸精度和特征分辨率

这两种技术都具有高尺寸精度。然而,比较惠普尼龙多流射熔融成型(MJF)和激光烧结成型(SLS),激光烧结成型(SLS)部件的特征分辨率略优于惠普尼龙多流射熔融成型(MJF)。尽管如此,由于两种技术都容易发生翘曲,打印时应避免大面积的平面。

处理时间

激光烧结成型(SLS)和惠普尼龙多流射熔融成型(MJF)在打印单个部件时所需时间大致相同。然而,考虑整个过程,包括机器设置、打印和冷却,惠普尼龙多流射熔融成型(MJF)所需时间更短,原因是惠普尼龙多流射熔融成型(MJF)打印机具有可拆卸的构建平台,可以让打印好的部件在机器外冷却。此外,惠普尼龙多流射熔融成型(MJF)在大批量生产时更快,因为这项技术可以同时打印几十个部件。

在可回收性方面,惠普尼龙多流射熔融成型(MJF)打印部件的粉末回收率可达80%,而激光烧结成型(SLS)的可回收率为30%至50%。

表面处理

两种技术生产的部件的表面处理都有颗粒感,但惠普尼龙多流射熔融成型(MJF)部件的表面稍微更光滑一些。激光烧结成型(SLS)部件通常是白色或灰色,可以染成各种颜色。惠普尼龙多流射熔融成型(MJF)使用的熔合剂是黑色的,旨在增强对红外线的吸收。因此,惠普尼龙多流射熔融成型(MJF)部件通常呈现灰色外观,并且通常会被染成黑色。

MJF 3D printed cup
使用MJF打印的杯子,呈现灰色外观

3D打印部件的性能

MJF和激光烧结成型SLS打印的部件在机械和物理性能上略有不同。以下表格详细比较了SLS和MJF的性能。

性能MJF SLS 
拉伸强度 (Mpa)1700 (X,Y) 1800(Z)1650 (X,Y) 1650 (Z) 
拉伸模量 (Mpa)48 (X,Y) 48 (Z)48 (X,Y) 42(Z)
断裂伸长率 (%)20 (X,Y) 15 (Z)18 (X,Y) 24(Z)
熔点(°C) 187176

部件尺寸

激光烧结成型(SLS)打印能够生产尺寸更大的部件(最大可达600 x 350 x 560 毫米),而惠普尼龙多流射熔融成型(MJF)打印的最大尺寸为380 x 284 x 380 毫米。另一方面,惠普尼龙多流射熔融成型(MJF)可以打印的最小特征尺寸为0.5 毫米,而激光烧结成型(SLS)可以打印的最小特征尺寸为0.6 毫米。

成本

惠普尼龙多流射熔融成型(MJF)和激光烧结成型(SLS)单个零件的生产成本大致相同,但随着规模的扩大,惠普尼龙多流射熔融成型(MJF)的成本会更低。这是因为惠普尼龙多流射熔融成型(MJF)打印机能够同时打印多个部件。

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如何选择合适的3D打印技术

性能SLSMJF
材料可以打印多种材料,包括PA 11、PA 12、PA 12 Glass-filled、TPPEBA 2301 3D和Alumide目前只能打印PA 11,PA 12,PA 12 Glass-filled,和TPU
尺寸精度相较于
惠普尼龙多流射熔融成型(MJF)
技术,其部件的尺寸精度稍高
部件的尺寸精度非常高
加工时间生产部件的时间比惠普尼龙多流射熔融成型(MJF)长,尤其是对于大批量订单相较于激光烧结成型(SLS)技术,打印部件所需的时间更短。这归因于惠普尼龙多流射熔融成型(MJF)打印机配备了可移动的构建平台,使得部件可以在打印机外部冷却。这些打印机还能同时打印多个零件
后处理打印出来的部件表面有一定的颗粒感打印出来的部件表面同样具有颗粒感,但比激光烧结成型(SLS)技术打印的部件稍微平滑一些
部件尺寸能够生产尺寸最大为600 x 350 x 560毫米的部件,最小特征尺寸为0.6毫米能够生产的零件尺寸范围最大可达380 x 284 x 380毫米,最小可达0.5毫米
成本在单件生产成本方面,惠普尼龙多流射熔融成型(MJF)和激光烧结成型(SLS)大致相同,但随着生产规模的扩大,惠普尼龙多流射熔融成型(MJF)的部件成本更低。

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