多材料3D打印介紹
魔猴君 知識堂 164天前
顧名思義,多材料3D打印包括在同一連續(xù)打印過程中3D打印多種材料。這與多色打印不同,多色打印以多種顏色變化打印材料。盡管多材料打印品可以由多種顏色組成,但基本目標是獲得所用不同材料特性的組合。例如,導電性、硬度、柔韌性、透明度、耐化學性等。在某些情況下,有必要將其中一些特性組合到單個物體中,以便充分利用其應用,因此多材料3D打印解決方案的存在。
多材料3D打印還允許用不同的材料打印支撐結(jié)構(gòu),這些材料可以在后處理過程中輕松去除。例如,PVA和HIPS就是這種情況。此外,多材料3D打印大大減少了后處理操作:最終零件在一個部件中生產(chǎn),從而消除了通常耗時的組裝步驟。
多材料3D打印的有效性取決于所使用的技術(shù)和材料。盡管市場上有大量的實驗和不斷的進步,但并非所有工藝都適合同時打印多種材料。目前,多材料3D打印可以通過SLA實現(xiàn),例如使用具有不同材料的多個儲罐,但也可以使用材料噴射。在后一種情況下,打印頭配備了多個噴嘴,使用2D打印機中的噴墨技術(shù)投射不同的材料。
然而,FDM是目前最高效、最先進的多材料3D打印解決方案之一,特別是對于增材制造新手來說。與其他打印工藝相比,F(xiàn)DM成本效益高、操作簡單,并且可以加工各種熱塑性塑料和復合材料。根據(jù)其配置,F(xiàn)DM打印機已經(jīng)可以打印不同的材料。但是,根據(jù)您機器的版本,需要考慮一些事項,我們將在下面介紹。因此,本指南重點關(guān)注通過擠出工藝進行的多材料3D打印。
多材料3D打印
盡管可以使用不同的技術(shù)進行多材料打印,但FDM工藝是最先進的(照片來源:采用Quantica/Quantica的Novojet技術(shù)進行打?。?/span>
多材料3D打印工藝
與任何打印工藝一樣,多材料3D打印從設(shè)計開始。如今,最常見的CAD軟件會考慮這種或那種材料之間的差異,并能夠考慮它們各自的特性。為了成功進行多材料3D打印,設(shè)置正確的切片器設(shè)置非常重要,因為打印機需要知道何時應打印每種材料。因此,無論是使用一臺擠出機還是多個噴嘴的解決方案,機器的配置都至關(guān)重要。讓我們仔細看看不同的可能性!
單打印頭
使用標準FDM打印機完全可以實現(xiàn)多材料3D打印。但是,如果打印機具有單噴嘴擠出機,則必須手動完成材料更換。因此,一旦新材料開始發(fā)揮作用,打印機必須立即中斷打印,相應的暫停已集成到G代碼中。根據(jù)切片機的不同,此步驟可能非常簡單或非常復雜。
通常,即使在處理小零件時,在標準打印機上打印多種材料也非常耗時且費力。如果每層使用多種材料并且材料不逐層交替,則該過程會變得更加困難。
在設(shè)計過程和切片過程中必須考慮到不同的材料(照片來源:UltiMaker)。
除了手動更換耗材外,還有一些打印機可以使用多個耗材進行打印。主要用于多色打印的一個例子是熱混合器。然而,如果該系統(tǒng)用于打印多種材料,則各自的打印溫度必須非常接近(理想情況下相同),以避免打印錯誤。
如果您使用的是配備Bowden擠出機的打印機,則可以使用經(jīng)典的Y形分離器來組合兩種不同的材料。在鮑登系統(tǒng)中,材料被交替使用和擠壓,但總是“準備好”形成同名的Y形狀。這種方法也用于雙色打印,并且可以擴展到用于多個擠出機的雙Y形分離器。
除了這些硬件功能之外,您還可以選擇使用附加模塊或“附加組件”來增強打印機,以使用多種材料進行打印。憑借MMU1、MMU2和最新的MM3多材料升級套件,Prusa創(chuàng)建了附加組件,允許使用最多五種不同的耗材進行打印。MMU可簡單地連接到單一材料打印機,并使用基于分流器的Bowden擠出系統(tǒng)來打印多種材料。
Prusa3D憑借其多材料升級(MMU)提供了打印多種材料的可能性(照片來源:Prusa3D)
我們還可以提到馬賽克調(diào)色板,它可以將細絲切割成正確的尺寸并重新組裝成單個精確的打印細絲。然后可以直接打印,無需更改或暫停。一些制造商現(xiàn)在正在為其打印機配備額外的系統(tǒng),用于多色或多材料3D打印。憑借其AMS(自動化材料系統(tǒng)),Bambu Lab創(chuàng)建了一種解決方案,不再限制用戶使用單根燈絲進行打印,并允許進行多功能、美觀和功能性的打印。
也就是說,如果機器上有多個熱端,則多材料打印會更容易實現(xiàn)。在這種情況下,每種材料都有對應的噴嘴,因此前一種材料的殘留物不會堵塞噴嘴。已經(jīng)有帶有兩到四個熱端的單獨打印頭。然而,這些打印頭較重,這會影響打印速度。
該打印頭可同時打印4根細絲(照片來源:哈佛大學約翰·A·保爾森工程與應用科學學院)
多個打印頭
如果我們將多噴嘴材料擠出方法擴展到多個打印頭,則可以進一步增加材料的種類。這種方法還取得了更好的效果,因為不同的材料沒有在熱端組合成單個加熱塊。IDEX(獨立雙擠出機)打印機就是一個眾所周知的例子。
這些打印機配備了兩個可以彼此獨立移動的擠出機。各個細絲的單獨路徑可防止噴嘴中的障礙物或堵塞,并且可以提前消除多材料3D打印中的一些最常見的錯誤。然而,IDEX打印機只能同時打印兩種材料。這些通常是基礎(chǔ)材料和支撐材料。
工具更換裝置是突破雙擠出機極限的一種工具。這可以在操作期間改變頭。這些不僅僅是打印頭,而且還可以切割、銑削和鉆孔(用于混合制造)。
IDEX打印機配備了兩個獨立的擠出機,因此可以在同一打印過程中處理兩種類型的線材(照片來源:Raise3D)。
應用、優(yōu)點和局限性
多材料3D打印的主要目標是賦予最終零件不同的屬性。這些可能與外觀、機械、化學特性或質(zhì)地有關(guān)。例如,最終的作品可能有光澤和啞光部分。
因此,就材料特性而言,多材料打印品可以是堅硬的、耐熱的,甚至是柔性的。表面也可以以特定的方式創(chuàng)建,并對后處理和觸感產(chǎn)生積極的影響。通過消除在多材料打印中組裝各個組件的需要,甚至完全消除了繁瑣的后處理步驟。
這些材料的不同組合特性也為廣泛領(lǐng)域開辟了眾多應用可能性。多材料3D打印用于機器人和軟機器人中的微流控芯片或夾具,這些領(lǐng)域需要靈活、柔軟的零件和堅固、耐用的零件。多材料3D打印也越來越多地應用于醫(yī)學領(lǐng)域。TPU和碳纖維復合材料等材料通常結(jié)合起來制造3D打印假肢。
多材料打印用于零件需要不同屬性的許多領(lǐng)域,例如硬質(zhì)和軟質(zhì)(照片來源:UltiMaker)
在設(shè)計打印對象時,會出現(xiàn)不同材料應如何組合在一起的問題,例如它們是否應該重疊或混合。創(chuàng)建形狀適合的結(jié)構(gòu)和材料適合的結(jié)構(gòu)非常重要。有些細絲由于特性不同而不能很好地結(jié)合。例如,如果加工溫度相差太遠,則很難同時使用它們。還要考慮材料與板材以及彼此之間的粘附力。
材料特性也決定了打印特性。不同的材料在打印機中需要不同的噴嘴溫度、打印床溫度、速度和回縮設(shè)置。組合兩種或多種材料時必須考慮所有這些參數(shù)。例如,如果您使用帶有單個熱端的單個擠出機,所有使用的材料均從該熱端擠出,則必須注意確保它們此時不會混合。否則,噴嘴可能會堵塞,在最壞的情況下,必須更換噴嘴。當使用不尋常的材料(例如木材或金屬)進行打印時尤其如此。如果使用多臺擠出機,未使用的噴嘴的流量可能會成為問題;這種現(xiàn)象也稱為“滲漏”。
多材料3D打印FDM打印機制造商
如上所述,目前有多種用于多材料3D打印的打印機,包括桌面解決方案、工業(yè)系統(tǒng)以及各種附加組件和升級。最早的多材料打印機之一是2006年推出的Fab@Home。在制造商方面,Prusa、Bambu Lab和Flashforge以其解決方案脫穎而出,還有Raise3D和UltiMaker。特別值得注意的是Flashforge Creator 4、具有多達五種材料的Prusa XL以及Raise3D的E2。
工業(yè)解決方案由Modix提供的Modix Big-120Z、OMNI3D提供的Factory 2.0和Factory 2.0 NET以及WASP提供的Delta WASP 2040 Industrial X等。AIM3D還專注于工業(yè)級的多材料3D打印,甚至在其打印系統(tǒng)中結(jié)合了顆粒和長絲。無論您選擇哪種解決方案來成功實施多材料3D打印,都必須提前考慮材料屬性和打印機設(shè)置。
Bambu Lab的AMS允許您處理不同的線材以進行多色或多材料打?。ㄕ掌瑏碓矗築ambu Lab)。
來源:3dnatives