馬薩諸塞大學(xué)發(fā)明 "注射3D打印 "技術(shù)，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(xué)(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(shù)，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(yīng)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(lǐng)導(dǎo)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(shù)，在學(xué)術(shù)期刊《Additive Manufacturing》上發(fā)表。

△在注射打印中，先3D打印外殼結(jié)構(gòu)，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(jié)合了以精細(xì)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(shù)。"這種技術(shù)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(shù)，是將熱塑性塑料或復(fù)合材料的連續(xù)絲材通過噴嘴送入，被加熱后擠出，并在構(gòu)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(guān)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(shè)計在流動、變形和傳熱方面都與注塑的工藝規(guī)劃有關(guān)。"Kazmer說。"雖然這個新技術(shù)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(yù)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(shù) （b）粘結(jié)劑噴射技術(shù) （c）Carbon的DLS技術(shù) （d）本文介紹的注射打印技術(shù)

這種技術(shù)與惠普的Multi-Jet Fusion（MJF）和Carbon的數(shù)字光合成（DLS）技術(shù)相比，又如何呢？Kazmer承認(rèn)，MJF和DLS具有更高的生產(chǎn)率，因為它們是并行處理層，他認(rèn)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(yīng)，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(fù)合材料。Kazmer強調(diào)說："對于3D打印技術(shù)和大批量應(yīng)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(shù)快了約3倍，與材料擠出相比，剛度、強度和應(yīng)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): 1034)

2020-8-11 17:51 上傳

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編譯自：plasticstoday