激光燒結(jié)3D打印技術(shù)雖然不是最近的發(fā)明，但卻是 3D 打印行業(yè)規(guī)模最大且增長最快的細分領(lǐng)域之一。對于塑料粉末 3D 打印，兩種最流行的方法是選擇性激光燒結(jié) (SLS)和多射流熔融 (MJF) 技術(shù)。
使用 Fuse 1+ 30W SLS 3D 打印機（左）、HP Multi-Jet Fusion (MJF) 3D 打印機（中）和 EOS SLS 3D 打印機（右）打印相同的汽車歧管原型
通過硬件、軟件和材料方面的創(chuàng)新，3D 打印機制造商正在擴大 SLS 和 MJF 3D 打印機的可能應(yīng)用范圍，例如最終用途零件的小批量生產(chǎn)、功能原型制作、制造輔助工具和替換零件。這兩種形式的粉末床熔融技術(shù)都有其特定的優(yōu)點和缺點，在選擇技術(shù)時應(yīng)考慮成本、占地面積、預(yù)期應(yīng)用和體積容量等因素。
在本指南中，我們將討論兩種技術(shù)的工作原理、每種技術(shù)的優(yōu)點和缺點，以及可以最佳利用它們的不同應(yīng)用。
為什么選擇激光燒結(jié)3D打?。?/span>
每個零件的高吞吐量和低成本
激光燒結(jié)3D打印機通常比更普遍的熔融沉積建模 (FDM)或立體光刻 (SLA)技術(shù)更大，因此更有能力在每次構(gòu)建中生產(chǎn)許多零件。粉末床的構(gòu)建室和自支撐特性允許零件垂直堆疊，甚至嵌套在一起。此功能使 SLS 或 MJF 3D 打印機的操作員能夠最大限度地利用空間并盡可能充分地填充整個房間。無支撐結(jié)構(gòu)還意味著零件的后處理更加容易且勞動力密集度較低，從而能夠持續(xù)大規(guī)模生產(chǎn)零件。
例如，F(xiàn)ormlabs 的 Fuse 系列 SLS 3D 打印機通過優(yōu)化的排包算法自動執(zhí)行此功能，該算法對零件進行定向，以便填充每個可能的厘米。完全填充構(gòu)建室還可以使填充密度與刷新率保持一致，以便所有未燒結(jié)的粉末都可以重復使用，實現(xiàn)零廢物打印工作流程。
總之，具有完全封裝的構(gòu)建室的激光燒結(jié)3D打印通過以下方式降低了每個零件的成本：
用更少的構(gòu)建生產(chǎn)更多的零件，提高整體效率并減少勞動時間。
優(yōu)化未燒結(jié)粉末的量，以最大限度地減少甚至完全減少浪費。
材料的熟悉程度
SLS 和 MJF 打印中使用的主要材料組是尼龍，這是一種高性能的工程熱塑性塑料，適用于功能原型制作和最終用途生產(chǎn)，廣泛用于現(xiàn)代工業(yè)和消費品。尼龍耐紫外線、光、熱、濕氣、溶劑、溫度和水。3D 打印尼龍部件還具有生物相容性且不致敏，這意味著它們適合皮膚接觸并且在許多情況下可以安全使用。
盡管許多將零件外包給合同制造商或服務(wù)機構(gòu)的企業(yè)可能不了解 SLS 和 MJF 技術(shù)之間的差異，但他們熟悉這種材料，這意味著采用粉末 3D 打印技術(shù)比大多數(shù)其他工藝更容易。
粉末床熔融 3D 打印材料為工程師和消費者所熟悉，用于生產(chǎn)堅固、堅固的最終用途產(chǎn)品
什么是 SLS 3D 打??？
SLS 3D 打印是第一個粉末燒結(jié) 3D 打印技術(shù)，幾十年來一直是工程師和制造商的熱門選擇。SLS 是由德克薩斯大學奧斯汀分校的一組研究人員于 1982 年發(fā)明的，它是指用高功率激光從上方燒結(jié)一層薄薄的粉末以形成所需幾何形狀的實心橫截面的技術(shù)。每一層之后，隨著打印平臺下降并構(gòu)建下一層，打印機會在構(gòu)建室的頂部撒上另一層薄薄的粉末。這種激光粉末燒結(jié)方法對制造商、工程師和產(chǎn)品設(shè)計師很有吸引力，因為它的每個零件成本低、容量大且材料熟悉。
選擇性激光燒結(jié)工藝示意圖
當今市場上的 SLS 3D 打印機
工業(yè) SLS 3D打印機已經(jīng)面世數(shù)十年，并被用作另一種重型機械或制造設(shè)備，非常適合其設(shè)計的工作，但只有擁有空間、資金和專門操作人員的大型機構(gòu)才能使用。
EOS 或 3D Systems 等制造商在設(shè)計這些系統(tǒng)時會考慮到非常特定的客戶。他們的客戶每年在機械、服務(wù)和維護上花費數(shù)十萬甚至數(shù)百萬美元，并擁有倉庫和基礎(chǔ)設(shè)施來支持他們。他們的客戶不是初創(chuàng)企業(yè)、小型企業(yè)或個人，僅僅是因為他們的粉末 3D 打印解決方案價格過高。
近年來，人們一直在努力制造更小規(guī)模、更便宜的 SLS 3D 打印解決方案，這是 MJF 技術(shù)無法提供的，因為 MJF 技術(shù)只提供大幅面選項。
Formlabs Fuse 1 打印機是第一臺臺式 SLS 3D 打印機，能夠生產(chǎn)工業(yè)品質(zhì)的零件，其質(zhì)量可與傳統(tǒng) SLS 系統(tǒng)等昂貴選項生產(chǎn)的零件相當。Fuse 1和新款 Fuse 1+ 30W的占地面積不到 EOS 入門級機器一半的大小、簡化的工作流程和實惠的價格，使數(shù)百家中小型制造商能夠?qū)?SLS 引入內(nèi)部，同時允許大型制造商增加機器容量并分散其生產(chǎn)的各個方面。
Fuse 1+ 30W SLS 3D 打印機和 Fuse Sift 一體化粉末回收站
什么是 MJF 3D 打??？
多噴射融合 3D 打印是一種粉末融合增材制造工藝，可生產(chǎn)與 SLS 類似的零件，但工藝略有不同。為了形成零件，打印機將液體粘合劑從許多小噴嘴分配到粉末床上，使粉末達到半固態(tài)，然后加熱完成該過程。然后，紅外熱源固化半固體十字形狀，然后沉積另一層粉末并重復該過程。該工藝由惠普 (HP) 于 2016 年發(fā)明，目前仍以該品牌獲得專利。
多射流聚變過程示意圖
多噴頭融合打印機通常被視為可與 SLS 3D 打印機互換，特別是當企業(yè)將 3D 打印零件外包給服務(wù)機構(gòu)時。這些服務(wù)機構(gòu)將提供多種類型的 3D 打印技術(shù)，但通常不會區(qū)分兩種不同類型的粉末床熔融打印部件，因為最終部件的性能在很大程度上相似。
與 SLS 3D 打印機一樣，MJF 零件不需要支撐，因此提供了更多的設(shè)計自由度，并且不需要其他一些 3D 打印工藝所需的復雜的后處理步驟。液體粘合劑和熱的結(jié)合產(chǎn)生的部件具有與激光燒結(jié)幾乎相同的機械性能，并且這些部件同樣大多是各向同性的。
當今市場上的 MJF 3D 打印機
惠普仍然擁有 MJF 3D 打印技術(shù)的專利，因此市場上唯一的 MJF 打印機屬于惠普的 Multi Jet Fusion 3D 系列?；萜者€控制操作打印機所需的專有軟件。HP 3D 打印機的價格從約 340,000 美元到超過 500,000 美元不等，可提供高度精確的零件，但與傳統(tǒng)的 SLS 3D 打印解決方案類似，在成本、時間、持續(xù)維護和基礎(chǔ)設(shè)施方面需要更大的投資。HP MJF 3D 打印機最常被服務(wù)機構(gòu)、財富 500 強公司的大型內(nèi)部增材制造實驗室使用，并且由于其多色功能，經(jīng)常成為醫(yī)療保健中心先進制造計劃的一部分?；萜赵?jīng)向設(shè)計師和產(chǎn)品開發(fā)團隊提供較小規(guī)格的 MJF 3D 打印機，但最近已停產(chǎn)。
HP Multi Jet Fusion 4200 3D 打印解決方案
SLS 與 MJF 3D 打印比較
質(zhì)量和零件性能
由于激光燒結(jié) 3D 打印技術(shù)大多在內(nèi)部用于功能原型設(shè)計或生產(chǎn)，因此精度和機械強度是首要考慮因素。對于這個價格范圍內(nèi)的打印機，部件必須具有良好的性能。其他技術(shù)適用于外觀或擬合測試原型，但 SLS 和 MJF 用戶在更苛刻的環(huán)境中使用其零件，需要依賴其強度和耐用性。在這方面，SLS 和 MJF 部件實際上是相同的，因為最常見的可用材料是相同或相似的——尼龍、尼龍復合材料的變體，以及一些粉末打印機能夠打印 TPU 等柔性材料。
尼龍12材料特性
這兩種形式的粉末激光燒結(jié)技術(shù)都生產(chǎn)出具有輕微顆粒狀紋理的零件，并且對后處理技術(shù)有類似的建議。工程師和制造商期望粉末 3D 打印零件具有這種紋理，并且 SLS 和 MJF 打印表面飾面的紋理通常沒有區(qū)別。
使用 Fuse 1+ 30W SLS 打印機（左）、HP MJF 打印機（中）和 EOS SLS 打印機（右）打印的鉆頭外殼原型
軟件
SLS 和 MJF 3D 打印機通常配備專有軟件打印準備、打印管理、監(jiān)控和維護。除了這些標準功能之外，用于高效地將零件打包到構(gòu)建中的軟件對于粉末 3D 打印也至關(guān)重要。一些公司將此功能內(nèi)置到他們的打印準備軟件中，例如 Formlabs 的PreForm，它具有自動包裝算法，而其他制造商則要求客戶單獨購買現(xiàn)成的解決方案，這可能會額外花費 10,000 美元以上。
Fuse 系列打印機使用PreForm 打印準備軟件（免費下載），使您可以在 3D 網(wǎng)格內(nèi)無縫復制和組織多個零件，以便在單次打印中使用盡可能多的構(gòu)建空間。PreForm 自動建議最佳方向和零件包裝，并能夠根據(jù)需要手動優(yōu)化
材料可用性
SLS 和 MJF 3D 打印最常見的材料是尼龍，特別是尼龍 12。尼龍還有多種變體和復合材料可供選擇，每種材料都針對不同的應(yīng)用量身定制，并針對特定屬性（如更高的強度、剛度或靈活性）進行了優(yōu)化。例如，尼龍 11 是一種更具延展性、更堅固、更靈活的變體，玻璃填充尼龍具有增強的剛度和熱穩(wěn)定性，而碳填充尼龍則重量輕且性能優(yōu)異。一些 SLS 和 MJF 打印機還可以使用聚丙烯 (PP) 和 TPU 或 TPE 等柔性材料進行打印。
雖然大多數(shù) SLS 和 MJF 打印機提供多種材料，但在這些材料之間切換通常并不容易 - 對于大型工業(yè)打印機，可能需要一天或更長時間，因為必須徹底清除機器上的先前材料以避免打印錯誤。因此，大型 SLS 和 MJF 打印機的客戶通常擁有專用于單一材料的打印機。Fuse 系列簡化了此工作流程，并允許在一小時內(nèi)在使用相同基礎(chǔ)組件的材料之間進行切換，并在幾個小時內(nèi)在其他材料之間進行切換。
在比較當今市場上最具成本效益的選項時，最受歡迎的 MJF 打印機和最受歡迎的 SLS 平臺提供相同數(shù)量的材料 - 四種。HP Jet Fusion 4200（起價 270,000 美元）提供四種材料：尼龍 12、尼龍 11、尼龍 12 玻璃填充和 TPU，而 Formlabs Fuse 1+ 30W 提供尼龍12、尼龍11、尼龍12GF粉末、尼龍11CF粉末、TPU等更多材料正在開發(fā)中。
SLS 3D 打印可加速創(chuàng)新并為工程、制造和醫(yī)療保健等多個行業(yè)的企業(yè)提供支持
與任何 3D 打印技術(shù)一樣，材料本身對性能影響最大，而且由于 SLS 和 MJF 零件大多是各向同性的，因此聚合物結(jié)構(gòu)對強度、堅固性和耐用性影響最大。在這方面，SLS 和 MJF 打印機實際上是相同的。
工作流程
SLS 和 MJF 打印機的工作流程非常相似；粉末必須保存在受控環(huán)境中，使用配件硬件和工具進行后處理，并且對于大多數(shù)打印機來說，可以回收回新的打印件。?
傳統(tǒng)的 SLS 打印機和 HP MJF 3D 打印機都需要進行為期多天的密集培訓來進行初始設(shè)置，以便公司技術(shù)人員可以指導用戶執(zhí)行必要的工作流程和維護步驟。傳統(tǒng)的工業(yè) SLS 和 MJF 打印機都需要在每次打印之間進行持續(xù)的維護步驟，因此所有操作員都必須接受特定機器的培訓。對于大多數(shù)在制造環(huán)境中擁有 3D 打印機和其他幾臺先進機器的大型企業(yè)來說，這并不是額外的成本。對于醫(yī)療保健環(huán)境、小型企業(yè)和教育機構(gòu)來說，訓練有素且可用的操作員會產(chǎn)生額外的成本。?
相比之下，F(xiàn)use 系列 SLS 打印機是“即插即用”的，需要在開始第一次打印之前進行一到兩個小時的簡單設(shè)置，或者根據(jù)需要進行虛擬培訓。由于后處理的簡化特性、PreForm 中直觀的預(yù)打印設(shè)置、無需日常維護任務(wù)以及占地面積小，中小型企業(yè)無需全職技術(shù)人員或操作員即可添加 Fuse 系列打印機。產(chǎn)品設(shè)計師可以每天開始打印并進行后期處理，同時保持正常的工作流程。
SLS 和 MJF 打印機工作流程的一個關(guān)鍵要素是零件回收，即清除成品零件上的多余粉末。此過程通常在清潔站（如上圖所示的 Fuse Sift）使用壓縮空氣或介質(zhì)噴射器手動完成
效率和可持續(xù)性
盡管 HP 打印機的紙張刷新率略高（需要約 20% 的新鮮粉末，而大多數(shù) SLS 打印機需要 30%），但它們的包裝密度可能要低得多，約為 10%。低堆積密度會導致大量未使用的粉末需要回收。即使具有非常高的刷新率（例如 20%），與具有高包裝密度的 SLS 打印機相比，仍存在更多無法使用的粉末殘留。
SLS 打印機能夠?qū)崿F(xiàn)零浪費打印工作流程，在打印過程中使用最佳包裝密度并創(chuàng)建最佳打印環(huán)境時使用所有購買的粉末。使用 HP Jet Fusion 系列打印機，用戶必須丟棄幾乎與制造零件一樣多的粉末。
速度和吞吐量
SLS 和 MJF 3D 打印機被譽為生產(chǎn)機器，能夠?qū)崿F(xiàn)高速和大批量打印，每次生產(chǎn)運行可以生產(chǎn)數(shù)百個零件?；萜盏?MJF 打印機和傳統(tǒng)的 SLS 系統(tǒng)都具有較大的打印量，但 HP Multi Jet Fusion 打印機的打印速度比 SLS 打印機更快 - 粘合劑的分配和紅外熱照射每層所需的時間比激光的掃描速度要少用于 SLS 3D 打印機。
然而，SLS 和 MJF 打印過程中持續(xù)的高溫需要大型打印機更長的冷卻過程，長達 48 小時?；萜諡闃?gòu)建室提供了制冷功能，可以縮短冷卻時間，但也帶來了更大的占地面積和更高的成本?？傮w而言，這意味著 MJF 打印機通常能夠比大型 SLS 打印機具有更高的吞吐量。更緊湊的 SLS 打印機（例如 Fuse 1+ 30W）的構(gòu)建體積更小，這使得完整構(gòu)建的冷卻時間更短，僅為 14 小時，使用戶能夠比 MJF 和大型 SLS 客戶更快地完成成品零件。
可擴展性也是一個重要方面——企業(yè)可以以與單個 HP Jet Fusion 4200 相同的價格購買八個完整的 Fuse 1+ 30W 打印機解決方案，從而實現(xiàn)可比的吞吐量。Fuse 1+ 30W 改進的打印速度也使上一代型號的產(chǎn)量增加了一倍。大多數(shù)制造商的產(chǎn)品不只由一種材料制成，因此在考慮吞吐量時還應(yīng)考慮使用多種材料進行打印的能力。
占地面積和基礎(chǔ)設(shè)施要求
傳統(tǒng)的 SLS 和 MJF 打印機需要三個產(chǎn)品設(shè)置：插入打印機的構(gòu)建室和后處理站。這三個部分共同覆蓋了大量的空間，并且需要多個電源。緊湊型 SLS 打印機（如 Fuse 系列）包含 Fuse Sift 以及一體化粉末回收、清潔和回收站，可實現(xiàn)高效、簡化的工作流程。Fuse 系列打印機也不需要專門的接線，并且可以在典型的交流電源插座上運行。
使用 Fuse 系列 SLS 打印機擴展生產(chǎn)不需要專門的基礎(chǔ)設(shè)施或大空間
SLS 與 MJF：并排比較
?臺式工業(yè) SLS（基于formlabs FUSE 1+ 30W） |
?傳統(tǒng)SLS（基于EOS的產(chǎn)品系列） |
?MJF（基于 HP 的 MJF 3D 打印機產(chǎn)品系列） |
|
優(yōu)點 |
經(jīng)濟實惠的 |
大構(gòu)建體積 高產(chǎn)量 |
大構(gòu)建體積 |
缺點 |
較小的構(gòu)建體積 |
機械昂貴 占地面積大 |
昂貴的機械 |
適用于 |
小型、中型和大型企業(yè)、服務(wù)機構(gòu) |
大型企業(yè)、服務(wù)機構(gòu) |
大型企業(yè)、服務(wù)機構(gòu) |
最大打印尺寸 |
16.5 x 16.5 x 30 厘米 |
入門級打印機尺寸為 20 x 25 x 33 厘米，最大打印機尺寸可達 70 x 38 x 58 厘米 |
38 x 28.4 x 38 厘米 |
打印材料 |
尼龍12、尼龍11、尼龍12GF、尼龍11CF、TPU |
尼龍12、尼龍11、尼龍12GF、尼龍12 阻燃劑、鋁化物、TPU |
尼龍12、尼龍11、尼龍12GF、PP、TPA、TPU |
作業(yè)區(qū)域面積要求 |
1.5×1.5×1.7米 |
最小的打印機為 3.2 x 3.5 x 3.0 米，最大的打印機為 4.8 x 4.8 x 3.0 米 |
3.2×2.4×2.5米 |
結(jié)論：用于內(nèi)部生產(chǎn)的 SLS 與 MJF 3D 打印機
當向服務(wù)機構(gòu)請求零件時，無論是由 SLS 還是 MJF 打印機生產(chǎn)的最終產(chǎn)品實際上都是相同的。對于一次性零件，或者對于實現(xiàn)第一個產(chǎn)品的新企業(yè)來說，服務(wù)機構(gòu)是很好的選擇，SLS 和 MJF 打印機之間的差異并不重要。然而，在一定數(shù)量下，內(nèi)部使用激光燒結(jié)3D打印機更具成本效益。
在比較技術(shù)規(guī)格（材料、基礎(chǔ)設(shè)施要求）之前，每個用戶都必須首先考慮初始投資成本。SLS 和 MJF 打印機使用略有不同的技術(shù)，具有不同的尺寸，并啟用不同的材料庫，但迄今為止最大的區(qū)別是購買價格。
?
大多數(shù)中小型企業(yè)無法承擔 MJF 打印 340,000 美元的初始投資，更不用說持續(xù)的運營和服務(wù)合同成本，從而將這些機器的目標市場限制為具有可預(yù)測的大批量 3D 打印需求的大型制造商和服務(wù)機構(gòu)。
SLS 比 MJF 有更多選擇，而且由于工業(yè)系統(tǒng)之間的打印質(zhì)量具有可比性，更多企業(yè)會發(fā)現(xiàn)更多符合其運營預(yù)算的 SLS 選項。一旦預(yù)算確定，彩色打印、材料可用性、工作流程和占地面積等因素就開始發(fā)揮更重要的作用。更緊湊的 SLS 打印機（例如 Fuse 1+ 30W）適合更適度的預(yù)算。與外包成本相比，大多數(shù)企業(yè)只需要幾個月的時間就可以還清最初的購買價格。
粵公網(wǎng)安備 44011102003066號