【mojet价格】靖国3D打印

往往外号比大牌更大。例如，我们都听说过小明，但没有人知道谁是小明。(大卫亚设)。

今天，靖国哥讲了这样一个名字的故事。例如，化名、妇女、儿童、儿童、儿童、儿童、儿童、儿童、儿童、儿童、儿童、儿童、妇女、儿童、儿童、儿童、儿童、儿童、儿童、儿童、妇女、儿童、儿童、儿童、儿童、

只是做媒体的人认为向大众解释“增材制造”太伤脑筋了，所以这个技术是用打印机打印三维物体，所以“增材制造”的外号抓住了人们的心。印象深刻，今天很多人遇到靖国，问3D打印除了墨水还能打印什么材料。

事实上，增材制造可以印刷很多东西，从金属、陶瓷、聚合物的这种工业用品到房子、外太空勘探，再到我们能吃的东西。(莎士比亚)模板。

但是根据增材制造的加工工艺，其名称是3D打印。(阿尔伯特爱因斯坦，Northern Exposure(美国电视剧)，艺术)这种工艺就是材料印刷(Material Jetting，MJ)成型技术。还有胶水喷雾成型的大哥(详情见靖国3D打印|第46期胶水喷雾成型技术)。

材料印刷是指看到使用印刷油墨的喷嘴，逐层打印成型材料的技术。结果产品是三维的，所以被称为3D打印。(阿尔伯特爱因斯坦，美国作家)。

图1 MJ技术流程(由Stratasys编辑)

历史

大约在1994年，Solidscape(当时的SandersPrototype)推出了第一个熔化蜡后用喷雾打印的商业化设备，没有其他原因，简单、便宜、刚好可以使用。接着，1996年3D系统加入了行列，后来推出了Thermojet系列这种设备，印制了简单、便宜、加热后融化的材料。1998年，以色列的Objet成立，给其技术流带来了清流。Objet打印光敏树脂材料。短时间材料印刷技术领域形成了三族鼎立的势头。

之后，2011年，Solidscape被Stratasys收购。2012年，Objet也与Stratasys合并。然后剩下两个大人物Stratasys和3DS，他们的主要材料仍然是光敏树脂和蜡。

图2材料打印技术3DS和Stratasys

当然，现在也有进入Xjet等多种材料领域的初创企业。(威廉莎士比亚，XJET，Northern Exposure(美国电视戏剧))扩展阅读《详解新型金属3D打印技术，以色列XJet纳米颗粒喷射成型》

技术背景

这种狭窄的三维打印技术(材料打印技术，以下简称MJ代替)实际上是二维打印技术的扩展，直接使用二维打印机喷头就足够了。MJ的发展已经站在了包括HP、Canon、Fujifilm等在内的高肩膀上。但是吃亏的也是对现有基础——现有打印机喷头的依赖。正如老子说的，福之祸可以服气。幸福谚语。

1.材料要求

一般来说，MJ的原料粘度和表面张力必须在一定范围内。粘度太高很难打印。毕竟我们从来没有在喷墨打印机上使用过那么稠的墨水。另外，表面张力也要在适当的范围内。否则很难用水滴分离，一般通过添加表面活性剂来调节张力。另外，打印温度不能太高。否则，打印喷头可能会损坏。例如，3D系统某些设备使用热熔材料，在工作温度130下，材料粘度为18~25 CP，表面张力为24 ~ 29 DYN/CM(源3D系统)。

一.张力

液体的表面张力是系统为了最小化能量而将表面的分子拉到里面的力。简单地说，液体将总表面积保持在最低限度。这个理解需要一定的外部条件，但今天完全可以说。

用喷水器喷射材料时，要将连续的液体分散成无数的小水滴。这意味着要大幅增加表面积，也就是克服表面张力，做很多事情。因此，表面张力的大小与液滴成型的难度、液滴的大小有关。

二。粘度

不难想象，沥青这样的粘度直接挤出来也很麻烦。更不用说印刷了。喷嘴能直观地打印出的材料粘度最大值是在室温下煮好的菜籽油的状态。不要想酸奶的粘度。石蜡在130的情况下粘度约为10cp，可以直接使用，这也是石蜡在Solidscape上最先出现的原因。

粘度比——可以适当地提高材料温度，以获得适当的粘度。或者，可以用低粘度溶剂稀释或悬浮高粘度材料。

例如，许多光聚合材料的粘度需要通过加热来降低。温度也不能太高。否则，预聚物可能开始收敛，从而增加粘度，堵塞喷嘴。

对于某些粉末材料，选择稳定剂形成悬浮混合液以获得适当的粘度。例如，最近由Xjet开发的金属、陶瓷低温印刷烧结技术等。

三。温度

打印机喷嘴内有很多电子部件，不能在高温条件下继续工作，一般需要160以下。对于金属，对于直接熔体打印。

，则需要选择低温合金。比如熔点只有47°C的Bi–Pb–Sn–Cd–In合金；当然，说起单质来，水银常温下都是液态，镓可是拿在手里都会化掉的固体。

图3 低温合金喷印打印技术的样品

iv. 收缩比

当材料从液态转化为固态时，由于相变、光固化或者低温烧结等原因，材料的体积会发生一点的变化。液体与固体之间差异小的材料，在打印完成后容易得到更高精度的产品；反之，液固体积差异大的材料由于会发生收缩，从而导致成形精度降低。

2. 工艺要求

影响打印的精度的包括喷印的频率，喷射的速度，喷头移动的方式（光栅式 v.s.矢量式），以及3D打印技术共有的一些影响因素。

对于喷墨打印，常用的有两种打印机喷头，一种瞬时加热产生气泡挤出液滴；另一种是通过压电陶瓷振动挤出液滴。不过介于热喷印有可能会破坏敏感材料，因而在MJ技术中几乎都在使用压电陶瓷挤压的方式。

图4 材料喷印技术中液滴生成方式（左为压电式，右为加热式）

压电陶瓷形成液滴的方式还可以通过控制波形、振幅等来操控液滴的大小和速度，因而使用更多种类的材料。

图5 压电喷头通过波形频率控制液滴大小、形状

液滴在到达底板或者上一层成形的材料上时，需要迅速的变为固体或者半固体，以维持其打印的形状。固化的方式主要分为三种：冷却凝固；光照固化；低温烧结。对应的材料以此是：蜡等低熔点聚合物、金属；光敏树脂；纳米颗粒（XJet）。

应用领域

和其它增材制造工艺一样，MJ的应用场景更多的由设备的拥有者决定。不过，依然有些产业应用MJ技术更具有优势。Stratasys在其网站上给出了以下的案例，跨越工业领域、建筑领域、消费领域、医疗领域和教育领域。

图6 材料喷印技术应用领域（图片来自：Stratasys）

其中有以下几个领域在应用上占领了一定的优势：

工业领域的概念设计：MJ技术在喷印的时候可以附以色素喷印，因而可以得到接近于全彩的器件；同时，多种材料混合，就可以打印功能性梯度材料。

消费领域的珠宝首饰：得益于喷墨打印技术的精确控制，材料喷印可以得到高精度的腊模，而后通过失蜡法可以获得精致的首饰等。

图7 失蜡法的首饰及腊模（图片来自：Solidscape）

医疗领域的助听器：3D打印制造助听器是这个行业革命化的一个变化，从第一家供应商使用3D打印到整个行业迁移到3D打印，仅仅用了大约500天的时间

设备价位

根据可用材料的种类，以及成形空间的大小，材料喷印成形设备的价格从大约2万美金到大约70万美金。至于材料消耗，大块头的设备材料消耗也很昂贵，首先装满Objet1000就需要大约4万美金；而材料单价$1000/kg，而银的价格只是$643/kg，真是贵的不要不要的。

图8 Objet系列设备对比（设备图片来自Stratasys）

技术挑战

1. 材料

i. 粘度限制

当前的喷头沿用了传统喷墨打印喷头，因而粘度上限制了很多材料。对于那些高粘度的材料，可以通过熔化、溶解、混合来制取，这些依然只是解决了一部分材料的问题；而且带来的新问题包括喷头的堵塞。比如，粉末或者溶质可能会沉淀或者析出，导致喷嘴的永久堵塞，这个问题在Xjet系列的设备中将会更加明显。

ii. 粉末材料收缩比限制

材料在液固态转变的过程中收缩比也限制了其所能达到的精度。3DS研发的一些光敏聚合材料具有较小的收缩比，因而可以更大程度发挥打印喷头的精度优势。然而固态悬浮材料一般体积占比会低于50%，在很多科研中实际粉末的体积比会更低，如在有机溶剂中悬浮的氧化锆粉末体积约为15%。 这样成形的最终零件将会有很大的收缩比，这也将直接导致MJ技术路线无法成形较大的以粉末为基材的零件。

为什么收缩比大的材料不能进行大尺寸零件的打印呢?

用一个在固化后线性收缩比为20%的材料来讲解（按体积比率缩小50%）：

举个例子，1个1cm大小的器件，在各个方向就收缩2mm。收缩过程不均匀带来的误差是1mm级别的；

倘若是1个10cm大小的器件，在各个方向就要收缩2cm。收缩过程不均匀带来的误差就是1cm级别的。而且这个过程还没有考虑大尺寸的器件由于自重会与底板有更大的摩擦力，从而带来更大程度的误差和应力。

材料高收缩比的问题在所有使用溶剂/悬浮剂的材料都存在。比如3D打印陶瓷公司Lithoz的材料Lithalox HP500（氧化铝），在烧结后达到99.3%的密度时，相比于固化的坯件线性收缩率为19.7%。而Lithoz这种工艺，所采用的材料其粘度远高于材料喷印技术。

因为高粘度材料无法喷印的原因，材料喷印技术粉末体积比会在30%以下，因而需要达到同样的密度，其线性收缩比约为33%。而对于粉末在悬浮液中体积比只有15%的情况，可以预见烧结后收缩比会非常高。

图9 Lithoz所用的光敏树脂与陶瓷粉末的混合材料

因为高收缩比，所以烧结等后处理无法逐层完成，需要在整个零件整体成形结束后进行。所以低温纳米烧结技术在处理金属或者陶瓷灯材料中的优势将会荡然无存。

2. 设备

喷头堵塞是使用材料喷印技术设备常见的问题。因此大量的准备工作、检修、维修会花费在打印机喷头的维护上，而且很多设备还需要备用喷头以防不时之需。

当前打印机喷头技术对于液滴喷射的速度、形状等的控制非常的有限。

如果可以使用高粘度材料的喷头被研发出来，那么MJ技术将会实现质的飞跃。然而，精度和力度在一定程度上更是难以兼得；而力度则决定着可以打印的材料的粘度。

当前，打印机喷头生产技术主要还是掌握在日美等国家的企业手中，我国在打印机喷头方面也正在投入更多的研发，也希望可以尽快取得重大进展。而打印机喷头的研发，才是这项技术的重中之重。

总结

毫无疑问，材料喷印技术的大名被当做整个行业的标称，充分体现了这个技术与传统技术的衔接。依赖于现有技术，MJ技术得到了迅速的发展；而唯有在此基础上大幅度的提升，MJ技术才能够取得更广泛的应用。我国在此领域技术基础依然薄弱，同仁仍需努力。