昆山取得多材料多喷头FFF型材料挤出式3D打印技术突破性进展— 多喷头并行协同运

浏览:402 作者: 来源: 时间:2019-12-18 分类:

前不久,国际顶级期刊《Nature(自然)》报道了哈佛大学多材料多喷头3D打印新技术(MM3D),它将多个材料流道的出入口集成于单个(或多个)注射器式喷头上,用高速电磁阀控制每个流道的压力,使不同材料在喷嘴处进行轮换打印,从而实现多材料的3D打印。由于多材料多喷头3D打印,是增材制造业十分关心的一种重要技术,因此这篇报道引起了巨大的反响。

然而哈佛大学团队的研究,仅适用于挤出流态材料的注射器型3D打印,并未涉及另一类挤出式3D打印 熔丝制造(FFF/FDM。因为FFF采用的原材料是固态丝材,必须在喷头中通过200°C以上的高温使材料熔融,然后才能从喷嘴挤出FFF型挤出式3D打印具有可用高性能丝材品种丰富,有配套的大量丝材专业生产厂商,以及3D打印机和丝材价格比较便宜等优势,近年来发展迅速,市场占有率不断攀升。但其最大劣势是打印效率低,虽然也有双喷头结构打印机,但也只能一个个喷头轮流交替打印,其中一个喷头打印成形材料,另一个喷头打印支撑材料,这种缺点在打印大型工件时尤为突出,所需打印时间往往长达几天,甚至十几天以上,不仅效率低下,而且还可能在持续长时间的打印中,因打印机故障或打印工艺问题而导致工件报废,因此不得不将大型工件拆分为几个小件,由几台打印机分别打印后,拼装为一个大工件,如此不仅麻烦,而且会降低工件的精度与强度。

为在FFF型材料挤出式3D打印机上,实现多材料多喷头3D打印,国内外曾有不少研究工作者提出过多种设计方案,例如图1所示,这种设计有5个喷头,每个喷头安装在一个可移动的龙门式框架上,虽可实现大型工件的多材料多喷头并行协同整体打印,但是龙门式框架质量大,重心高,结构庞杂,难于实现快速运动,难于达到提高打印效率的目的,因此至今未见商品化的多材料多喷头并行协同运行FFF 3D打印机。有的FFF3D打印机,虽可安装多个喷头,可打印多种材料,但不能并行协同地打印整体大型工件。

1 一种FFF型多材料多喷头3D打印机

近日有关报道称,昆山市工研院智能制造公司3D研究所,与昆山博力迈三维打印科技有限公司通力合作,经历一年多的努力,研制成功了我国首台FFF型双喷头并行协同材料挤出式3D打印机(图23用简洁实用的方法,解决了:双喷头双材料条件下,打印区域划分,公共打印区域设置,等待点选择,打印轨迹选定与自动生成,防碰撞规则,打印效率影响因素与预估,以及上述各项的优化、对于打印件强度与表面品质的影响,机械与控制系统的设计与实现,软件编写。两个挤出不同材料(或同种材料)的喷头并行协同运行,每个喷头各走各的路径,各打印各的图形,协调互补,构成整体大型工件,打印效率成倍增长,并能在工件的不同部位,用不同材料打印成不同色彩、不同性能的结构

2 昆山FFF型双喷头并行协同材料挤出式3D打印机工作过程


 

3 昆山FFF型双喷头并行协同材料挤出式3D打印机的打印件

 

昆山研制的上述新型3D打印机,将在20202月上海亚洲TCT展览会上亮相。这种打印机可以采用辊轮式送料喷头或螺杆式送料喷头,螺杆式送料喷头与辊轮式送料喷头比较,前者的材料挤出流量大3倍以上,打印效率更高。因此,采用双喷头并行协同打印技术和螺杆式送料喷头后,将使FFF型材料挤出式3D打印机的效率提高56倍。预计2020年将推出两种商品化产品,打印工件边长分别为500mm(双材料、双喷头)和1200mm3材料、3喷头),为进一步实现更多材料更多喷头的FFF3D打印,必须解决许多更困难的技术问题,特别是众多的优化算法与软件,因此昆山研发公司殷切希望与高校全方位合作,期待有更多的研究生,共同致力于多材料多喷头的FFF3D打印技术研究!