3D打印白色尼龍和黑色尼龍的比較
魔猴君 知識(shí)堂 1434天前
魔猴網(wǎng)提供了多種3D打印尼龍,在《一文講清楚3D打印尼龍PA6, PA12和PA11的區(qū)別和聯(lián)系》一文中,我們列舉了3D打印尼龍材料的選項(xiàng),目前市場(chǎng)上應(yīng)用最多的有兩種,一種是基于SLS 3D打印的白色尼龍,另外一種是基于惠普MJF的黑色尼龍(或者稱為惠普尼龍),那么這兩種主流尼龍,主流的3D打印功能塑料,有什么區(qū)別和聯(lián)系?
3D打印惠普尼龍?jiān)O(shè)備
多射流熔合(Multi Jet Fusion,MJF)和選擇性激光燒結(jié)(Seletive Laser Sintering, SLS)分別是黑色和白色尼龍所用的3D打印工藝,兩種工藝都屬于基于粉末床的3D打印工藝,使用的初始材料都是粉末狀,平鋪在打印平臺(tái),通過(guò)對(duì)粉末顆粒逐層熱熔或者燒結(jié)而制成零件。主要區(qū)別是熱源,SLS使用激光作為熱源,而MJF使用一種可吸收紅外光的墨水噴在粉床上,然后通過(guò)紅外熱源掃過(guò)打印平臺(tái)來(lái)熔合著墨區(qū)域.
兩種尼龍的性能大體相當(dāng),在工作流程,精確性,材料,成本和交貨時(shí)間上有細(xì)微差異,我們來(lái)逐一說(shuō)明。
工藝流程和工作流程
SLS的工藝流程:首先將一薄層粉末均勻平整散布在成型平臺(tái)上,在該平臺(tái)上將其加熱到接近燒結(jié)的溫度。然后用激光按預(yù)定路勁掃描每個(gè)橫截面,燒結(jié)粉末;然后,平臺(tái)向下移動(dòng)一層,然后重復(fù)該過(guò)程,直到完成。打印完畢后必須先冷卻整個(gè)料倉(cāng),然后才能從粉末中取出零件。
魔猴3D打印白色尼龍
MJF的工藝流程:首先將一薄層粉末均勻平整散布在成型平臺(tái)上,在該平臺(tái)上將其加熱到接近燒結(jié)的溫度。將帶有噴墨噴嘴的滑架(與桌面普通2D打印機(jī)中使用的噴嘴類似)滑過(guò)粉末床,在粉末上噴射熔融劑(Fusing Agent)。同時(shí),在零件的邊緣附近噴射防止粉末燒結(jié)的細(xì)化劑(detailing agent);然后,高功率的紅外熱源照射粉末床并燒結(jié)噴射了熔融劑的區(qū)域,而其余粉末則保持不變。重復(fù)該過(guò)程,直到完成所有零件的構(gòu)建。與SLS相似,MJF打印的零件被封裝在粉末中,也需要先冷卻下來(lái)才能將其取下。
3D打印惠普尼龍
SLS工藝的每個(gè)橫截面都是逐點(diǎn)燒結(jié)的,而在MJF工藝中,熔合是按逐行逐行的方式進(jìn)行的。一行行打印理論上會(huì)比一點(diǎn)點(diǎn)打印要快,但是事實(shí)上,這對(duì)整體打印時(shí)間的影響不大,這是因?yàn)?/span>兩種工藝的打印時(shí)間都主要是由總層數(shù)決定的,每層打印時(shí)間很多情況遠(yuǎn)小于每層鋪粉時(shí)間,兩種用的生產(chǎn)時(shí)間并沒(méi)有特別大的差別。
打印結(jié)束后,MJF有比SLS更快的冷卻和后處理:惠普提供了專用的后處理站,可加快打印床的冷卻速度并幫助去除粉塵。在MJF工藝中,回收的粉末的80-85%的可進(jìn)行回收再利用,而在SLS中,粉末僅可回收50%。更快的粉末冷卻時(shí)間和更高粉末可回收率意味著,當(dāng)打印倉(cāng)僅部分裝滿時(shí),MJF工藝可能會(huì)毫不猶豫地開(kāi)始工作,而SLS工藝通常會(huì)在開(kāi)始打印之前等待打印倉(cāng)裝滿,工作流程的這一細(xì)微但關(guān)鍵差異,有可能導(dǎo)致部分MJF交付周期比SLS短,更是進(jìn)一步對(duì)生產(chǎn)成本產(chǎn)生影響。白色尼龍的生產(chǎn)設(shè)備主要有兩種,一種是EOS P110, 用于打印300mm以內(nèi)的產(chǎn)品,另外一種是巨無(wú)霸P770, 當(dāng)打印物品必須用大設(shè)備(EOS P770)打印時(shí),價(jià)格可能會(huì)大幅提高,因?yàn)榇笤O(shè)備不好填滿,使用大設(shè)備勢(shì)必會(huì)造成粉末損耗巨大,運(yùn)營(yíng)成本很高,生產(chǎn)成本大幅攀升;當(dāng)然了,我們的主力EOS P110設(shè)備成型倉(cāng)大小適中,日常使用基本是滿負(fù)荷每天開(kāi)機(jī),基本上不需要考慮上述打印量的問(wèn)題的,也因此魔猴網(wǎng)得以提供全網(wǎng)很有競(jìng)爭(zhēng)力的價(jià)格。
尺寸精度
MJF和SLS都能提供高尺寸精度的工業(yè)級(jí)3D打印,在精度上兩者差別不是很大,非要區(qū)分的話,MJF在尺寸精度上的略勝一籌。這主要是因?yàn)?/span>MJF打印頭以1200 DPI(或每0.022毫米大約1個(gè)點(diǎn))來(lái)打印,而SLS系統(tǒng)的典型激光光斑直徑約為0.3-0.4毫米;此外,MJF中使用的細(xì)化劑(detail agent)有助于打印細(xì)小的特征和鋒利的邊緣。
值得注意的是,兩種技術(shù)都不需要支撐結(jié)構(gòu),允許創(chuàng)建沒(méi)有任何支撐去除標(biāo)記的自由形式的模型,但兩者都容易翹曲,因此都必須避免較大的平坦區(qū)域。在我們的測(cè)試中,我們發(fā)現(xiàn)MJF零件比使用SLS打印的零件更容易翹曲。
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MJF黑色尼龍 |
SLS白色尼龍 |
尺寸精度 |
±0.3%(下限為±0.2毫米) |
±0.3%(下限值±0.3 mm) |
典型的構(gòu)建大小 |
380 x 285 x 380 |
300 x 300 x 300毫米(最大750 x 550 x 550毫米) |
普通層厚度 |
70-100微米 |
100-120微米 |
最小壁厚 |
1毫米(建議)/0.6 (極限) |
1毫米(建議)/0.7(極限) |
最小細(xì)節(jié) |
0.25毫米 |
0.30毫米 |
外觀及表面質(zhì)量
當(dāng)前在MJF系統(tǒng)中使用的熔合劑為黑色,因?yàn)樯钌牧峡梢愿行У匚?/span>熱輻射,這造成MJF零件具有淺灰色外觀,可通過(guò)可選的后處理步驟,以實(shí)現(xiàn)均勻的黑色面漆。
SLS零件通常為白色,并且可以染成任何顏色。對(duì)于某些特定應(yīng)用,比方說(shuō)食品相關(guān)器具,黑色和灰色等深色是不可接受,從這一點(diǎn)來(lái)說(shuō),白色無(wú)疑可塑性更強(qiáng)一些。
尼龍表面
兩種技術(shù)打印的零件都具有顆粒狀的表面,有磨砂感,但是都可以進(jìn)行后處理以達(dá)到很高的標(biāo)準(zhǔn)。如果審美要求是主要要求,則強(qiáng)烈建議使用后處理上色。
材料性能
這兩個(gè)工藝中使用的主要材料都是PA 12(尼龍)。SLS的打印成品在打印方向上(Z方向)稍弱,而相比較,MJF零件具有出色的強(qiáng)度和柔韌性以及更均勻的機(jī)械性能。
但是,SLS是一個(gè)完善的,久經(jīng)考驗(yàn)的系統(tǒng)。無(wú)論是制造商,服務(wù)商,還是獨(dú)立研究人員都充分記錄了SLS材料的性能,應(yīng)用歷史更悠久,各方面文檔文獻(xiàn)資料都很全面。另一方面,MJF所提供的尼龍重要的工程特性(例如沖擊強(qiáng)度和蠕變特性)還并未廣泛獲得工業(yè)界認(rèn)可。當(dāng)然,隨著技術(shù)的成熟以及更廣泛的使用,魔猴相信這一定會(huì)有所改變,得到更多的背書和支持。
此外,MJF是一個(gè)開(kāi)放的材料平臺(tái),在推出最初始主要只有PA材料一種,現(xiàn)在MJF已經(jīng)可以提供諸如PA11,PA+玻纖珠,TPU,甚至PP材料,全彩材料,可以預(yù)見(jiàn),惠普這一個(gè)策略可以加快材料開(kāi)發(fā)的速度,未來(lái)可期。
綜合來(lái)看,白色尼龍和黑色尼龍的性能差別不大,黑色尼龍的材料性能要更加出色一些,未來(lái)也更值得期待。
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白色尼龍SLS PA 12 |
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抗拉強(qiáng)度 |
XY: 48兆帕Z: 48兆帕 |
XY: 48兆帕 Z: 42兆帕 |
拉伸模量 |
XY: 1700 MPa Z: 1800兆帕 |
XY: 1650 MPa Z: 1650 MPa |
斷裂伸長(zhǎng)率 |
XY: 20% Z: 15% |
XY: 18% Z: 4% |
成本和交貨時(shí)間
魔猴網(wǎng)提供了全網(wǎng)極具競(jìng)爭(zhēng)力的尼龍打印價(jià)格,無(wú)論白色尼龍還是黑色尼龍,都保持很高的優(yōu)惠幅度,性能上來(lái)講,黑色尼龍稍優(yōu),價(jià)格也稍微貴一些,就尺寸的影響來(lái)說(shuō),一般尺寸小于300mm,白色尼龍更便宜,如果打印尺寸大于300mm但小于380mm, 使用MJF打印更便宜,尺寸更大的件,需要用到P770大設(shè)備打印,成本會(huì)飆升,當(dāng)然,如果有可能,也可以選擇拆分為小件打印。
交貨時(shí)間一般相差不大,黑色尼龍由于更高的粉末回收率和更快的冷卻速度,有可能會(huì)在交貨時(shí)間上有優(yōu)勢(shì),當(dāng)然魔猴網(wǎng)為兩種材料都提供了24小時(shí)的快速發(fā)貨選項(xiàng),相信認(rèn)真讀完這篇文章的讀者,也能理解為什么交貨時(shí)間作為了一個(gè)可選項(xiàng)會(huì)影響生產(chǎn)成本和價(jià)格。