馬薩諸塞大學發(fā)明 "注射3D打印 "技術，將FDM速度提高3倍

2020年8月11日，南極熊從外媒獲悉，馬薩諸塞大學(UMass)洛厄爾分校的一位研究人員開發(fā)了一種新的3D打印技術，融合了注塑的元素，提高了3D打印的生產(chǎn)速度，同時提高了產(chǎn)品的強度和性能。更耐用的假肢裝置、更堅固的飛機和汽車零件是潛在的應用市場。

塑料3D打印機的全球市場估計為40億美元，而且還在不斷增長，但據(jù)領導該研究項目的UMass Lowell的塑料工程教授David Kazmer說，在確保打印機快速生產(chǎn)的對象時，保持其強度和精度方面仍然存在挑戰(zhàn)。他們發(fā)明了一種被稱為“注射打印”的技術，在學術期刊《Additive Manufacturing》上發(fā)表。

△在注射打印中，先3D打印外殼結構，然后向空腔內(nèi)注射塑料以填充空腔，圖片由Additive Manufacturing/Elsevier提供

Kazmer和Austin Colon在《Additive Manufacturing》雜志上寫道："注射打印結合了以精細分辨率對零件外表面的材料擠出和以高流速對較大的內(nèi)部空腔進行注射成型。Colon是塑料工程專業(yè)的博士生，他幫助驗證了這項技術。"這種技術利用材料擠出打印機的全部熔化能力"他們補充道。

作為七種類型的增材制造工藝之一，F(xiàn)DM材料擠出成型技術，是將熱塑性塑料或復合材料的連續(xù)絲材通過噴嘴送入，被加熱后擠出，并在構建平臺上逐層沉積。

"我們將3D打印機用作注射單元，以填充3D打印出來的殼壁空腔，"Kazmer告訴PlasticsToday。"換句話說，我們正在將零件的內(nèi)部作為自己的模具空腔。關鍵是計算殼壁的間距和高度，這樣你就可以獲得良好的填充，而不會發(fā)生過度的變形。模具的工程設計在流動、變形和傳熱方面都與注塑的工藝規(guī)劃有關。"Kazmer說。"雖然這個新技術向后兼容現(xiàn)有的3D打印機，但做注塑的控制程序（G代碼）確實需要新的預處理器（切片機），"他補充道。

Kazmer指出，大多數(shù)可以通過熔絲制造（FFF或FDM；又稱熔融沉積建模）進行加工的熱塑性塑料都能與注射打印兼容。事實上，據(jù)報道，Kazmer的發(fā)明可以將更多的熱量進入到零件中，因此與FFF相比，材料熔融得到了極大的改善。"這意味著，在大量填充材料中實現(xiàn)更高的強度和更多的各向異性的潛力很大，"Kazmer告訴PlasticsToday。"打印速度受限于你熔化材料并將熱量排出零件的能力。典型的流速在4毫米3/秒左右。我發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)低端3D打印機可以熔化約12立方毫米/秒。通過對熱端進行一些修改，你可以輕松地沉積20立方毫米/秒，"Kazmer說。

△（a）FFF技術 （b）粘結劑噴射技術 （c）Carbon的DLS技術 （d）本文介紹的注射打印技術

這種技術與惠普的Multi-Jet Fusion（MJF）和Carbon的數(shù)字光合成（DLS）技術相比，又如何呢？Kazmer承認，MJF和DLS具有更高的生產(chǎn)率，因為它們是并行處理層，他認為這是生產(chǎn)速度方面的一大優(yōu)勢。然而，注射打印通過填充由打印殼壁定義的內(nèi)部體積，提供了對產(chǎn)量的倍增效應，他指出。"因此，注射打印節(jié)約了時間，從而使FDM/FFF更具競爭力。除此之外，注射打印還支持性能改進的熱塑性塑料復合材料。Kazmer強調(diào)說："對于3D打印技術和大批量應用，注塑是一個很大方向�！�

△傳統(tǒng)FFF材料擠出工藝（下）和注塑打印工藝（上）制成的平面內(nèi)拉伸試樣的失效面

△傳統(tǒng)FFF材料擠出工藝（左）和注塑打印工藝（右）制作的垂直拉伸試樣的失效面

基于ABS的拉伸棒，已經(jīng)用來驗證注塑與材料擠出相比的性能。根據(jù)發(fā)表在《Additive Manufacturing》上的論文，對測試后樣品進行的圖像分析發(fā)現(xiàn)，注射打印比傳統(tǒng)的3D打印技術快了約3倍，與材料擠出相比，剛度、強度和應變失效性能分別提高了21、47和35%。

論文下載 10.1016@j.addma.2020.101469.pdf (1.79 MB, 下載次數(shù): 951)

2020-8-11 17:51 上傳

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編譯自：plasticstoday