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新型“注塑打印”技術(shù)提高了3D打印能力
【塑料機(jī)械網(wǎng) 科技創(chuàng)新】馬薩諸塞大學(xué)洛厄爾分校的一位研究人員開發(fā)了一種新的3D打印技術(shù)，它結(jié)合了注塑工藝，提高了3D打印的生產(chǎn)率，同時增強(qiáng)了產(chǎn)品的性能。更耐用的假肢裝置和更堅固的飛機(jī)和汽車部件是其潛在的應(yīng)用。
領(lǐng)導(dǎo)這一研究項目的塑料工程教授David Kazmer說，雖然3D塑料打印機(jī)市場估價為40億美元，而且還在不斷增長，但在確保打印機(jī)創(chuàng)建快速生產(chǎn)的物體、保持其強(qiáng)度并準(zhǔn)確反映所需形狀方面仍然存在挑戰(zhàn)。這項技術(shù)被稱為注塑打印，在學(xué)術(shù)期刊《添加劑制造》上有專題報道。
Kazmer和Austin Colon在《添加劑制造》中寫道：注塑打印結(jié)合了零件外表面的高分辨率材料擠出和較大的內(nèi)腔在高流速下的注塑成型。Colon是塑料工程博士生，他幫助驗證了這項技術(shù)。他們補(bǔ)充說：“因此，注塑打印旨在利用材料擠出打印機(jī)的全部熔融能力，以減輕困擾添加劑制造業(yè)的尺寸詛咒。”
作為7種添加劑制造工藝中的一種，材料擠出是將熱塑性塑料或復(fù)合材料制成的連續(xù)長絲通過噴嘴送入，在噴嘴中加熱并在構(gòu)建平臺上逐層沉積。
Kazmer表示：“我們使用3D打印機(jī)作為注塑裝置，填充3D打印外殼壁產(chǎn)生的空間。換句話說，我們使用零件的內(nèi)部作為其自己的模具空腔。關(guān)鍵是要計算殼壁的間距和高度，這樣就可以在不產(chǎn)生過度變形的情況下獲得良好的填充效果。令人驚訝的是，模具的工程設(shè)計在流動、變形和傳熱方面都與注塑的工藝規(guī)劃有關(guān)，”他補(bǔ)充說，“雖然這個過程與現(xiàn)有的3D打印機(jī)向后兼容，但用于進(jìn)行注塑打印的控制程序(G代碼)確實(shí)需要新的前置處理器(切片機(jī))。”
Kazmer指出，大多數(shù)可以通過熔絲制造(FFF)進(jìn)行加工的熱塑性塑料都能與注塑打印兼容。事實(shí)上，據(jù)報道，Kazmer的發(fā)明可以將更多的熱量輸入零件，因此與FFF相比，材料焊接得到了極大的改善。“這意味著在大量填充的材料中有很大的潛力實(shí)現(xiàn)更高的強(qiáng)度和更高的各向同性，”Kazmer表示，“打印速度受熔化材料和從零件中放出熱量的能力限制。典型流量約為4mm³/s。我發(fā)現(xiàn)大多數(shù)低端的3D打印機(jī)可以融化大約12 mm³/s。只需對熱端進(jìn)行一些修改，就可以輕松地沉積20mm³/秒。”
Kazmer承認(rèn)HP的多噴射聚變(MJF)和Carbon的數(shù)字光合成(DLS)的生產(chǎn)率更高，因為它們是并行處理層，他認(rèn)為這是在生產(chǎn)速度方面的一大優(yōu)勢。然而，他指出，注塑打印通過填充由打印外殼壁定義的大內(nèi)部體積，從而提高了產(chǎn)量。因此，注塑打印降低了問題的維度，使FDM/FFF能夠更好地競爭。“對于技術(shù)和大批量應(yīng)用來說，注塑打印是一個很大的推動力，”Kazmer強(qiáng)調(diào)。
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