理论教育 喷射技术应用在三维印刷成形工艺中的发展历程与特色

喷射技术应用在三维印刷成形工艺中的发展历程与特色

时间:2023-06-26 理论教育 版权反馈
【摘要】:1989年,麻省理工学院的Emanual Sachs申请了3DP专利,该专利是成形材料微滴喷射成形范畴的核心专利之一。国内学者也很关注基于喷射技术的三维印刷成形工艺,并在一些研究方向上形成了自己的特色。谢永林等人研发了的一款具有自主知识产权的热发泡喷头,打印宽度102 mm,分辨率1 200 dpi,最小墨滴4 PL,号称“中国第一款工业级热发泡喷头”。

喷射技术应用在三维印刷成形工艺中的发展历程与特色

1989年,麻省理工学院(MIT)的Emanual Sachs申请了3DP专利,该专利是成形材料微滴喷射成形范畴的核心专利之一。1992年,Emanual Sachs等人利用平面打印机喷墨的原理成功喷射出具有黏性的溶液,再根据三维打印的思想以粉末为打印材料,最终获得三维实体模型。1995年,即将离校的学生Jim Bredt和Tim Anderson在喷墨打印机的原理上进行了改进,他们没有把墨水挤压在纸上,而是把溶剂喷射到粉末所在的加工床上,基于以上的工作和研究成果,麻省理工学院创造了“三维印刷”一词。从1997年至今,美国Z Corporation公司推出了一系列三维印刷成形设备。

3DP技术自出现以来,得到了国内外的广泛关注。在三维印刷成形零件的性能、打印材料、黏合剂和设备方面均有大量研究。Crau等人研究打印出粉浆浇注的氧化铝陶瓷模具,与传统烧制而成的陶瓷模具相比,三维印刷成形工艺打印出来的强度更高,耗时更短,而且还可以控制粉浆的浇注速度。Yoo等人将松散的氧化铝陶瓷粉末打印成一个模型,得到模型后通过一些其他的加工工艺提高了模型的致密度,采用三维打印快速成形法最后得到的陶瓷制品的性能和传统加工方法制得的相当,此模型的致密度为50%~60%。Lam等人以淀粉基聚合物为原料,用水作为黏合剂,打印出一个支架。Lee等人打印出三维石膏模具,其孔隙均匀,连通性好。Moon等人发现黏合剂的相对分子质量需小于15 000——黏合剂对最后成形的模型参数的影响,使得三维打印模型的应用领域有了很大扩展。2000年,美国加州大学OrmeM等人所开发的设备样机可应用于电路板印刷、电子封装等半导体产业。同年,美国3D Systems公司研制出多个热喷头三维打印设备,该打印机的热塑性材料价格低廉,易于使用。以色列Objet Geometries公司推出了能够喷射第二种材料的Objet Quadra三维打印设备。(www.daowen.com)

国内学者也很关注基于喷射技术的三维印刷成形工艺,并在一些研究方向上形成了自己的特色。中国科学技术大学自行研制的八喷头组合液滴喷射装置,有望在光电器件、材料科学以及微制造中得到应用。西安交通大学卢秉恒等人研制出一种基于压电喷射机理的三维印刷成形机的喷头。清华大学颜永年等人提出了一种以水作为成形材料、以冰点较低的盐水作为支撑材料的低温冰型3D打印技术。颜永年等人还以纳米磷灰石胶原复合材料和复合骨生长因子作为成形原料,采用液滴喷射成形的方式制造出了多孔结构、非均质的细胞载体支架结构。华中理工大学的马如震等人阐述了基于微小熔滴快速成形技术的加工工艺和成形方法。谢永林等人研发了的一款具有自主知识产权的热发泡喷头,打印宽度102 mm,分辨率1 200 dpi(dpi,每英寸所打印的点数),最小墨滴4 PL(1 PL=10-15 m3),号称“中国第一款工业级热发泡喷头”。除此之外,南京师范大学杨继全等人、淮海工学院杨建明等人在3DP成形工艺方面均有深入研究。

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