3D打印白色尼龍和黑色尼龍的比較
魔猴君 知識堂 1498天前
魔猴網(wǎng)提供了多種3D打印尼龍,在《一文講清楚3D打印尼龍PA6, PA12和PA11的區(qū)別和聯(lián)系》一文中,我們列舉了3D打印尼龍材料的選項,目前市場上應用最多的有兩種,一種是基于SLS 3D打印的白色尼龍,另外一種是基于惠普MJF的黑色尼龍(或者稱為惠普尼龍),那么這兩種主流尼龍,主流的3D打印功能塑料,有什么區(qū)別和聯(lián)系?
3D打印惠普尼龍設(shè)備
多射流熔合(Multi Jet Fusion,MJF)和選擇性激光燒結(jié)(Seletive Laser Sintering, SLS)分別是黑色和白色尼龍所用的3D打印工藝,兩種工藝都屬于基于粉末床的3D打印工藝,使用的初始材料都是粉末狀,平鋪在打印平臺,通過對粉末顆粒逐層熱熔或者燒結(jié)而制成零件。主要區(qū)別是熱源,SLS使用激光作為熱源,而MJF使用一種可吸收紅外光的墨水噴在粉床上,然后通過紅外熱源掃過打印平臺來熔合著墨區(qū)域.
兩種尼龍的性能大體相當,在工作流程,精確性,材料,成本和交貨時間上有細微差異,我們來逐一說明。
工藝流程和工作流程
SLS的工藝流程:首先將一薄層粉末均勻平整散布在成型平臺上,在該平臺上將其加熱到接近燒結(jié)的溫度。然后用激光按預定路勁掃描每個橫截面,燒結(jié)粉末;然后,平臺向下移動一層,然后重復該過程,直到完成。打印完畢后必須先冷卻整個料倉,然后才能從粉末中取出零件。
魔猴3D打印白色尼龍
MJF的工藝流程:首先將一薄層粉末均勻平整散布在成型平臺上,在該平臺上將其加熱到接近燒結(jié)的溫度。將帶有噴墨噴嘴的滑架(與桌面普通2D打印機中使用的噴嘴類似)滑過粉末床,在粉末上噴射熔融劑(Fusing Agent)。同時,在零件的邊緣附近噴射防止粉末燒結(jié)的細化劑(detailing agent);然后,高功率的紅外熱源照射粉末床并燒結(jié)噴射了熔融劑的區(qū)域,而其余粉末則保持不變。重復該過程,直到完成所有零件的構(gòu)建。與SLS相似,MJF打印的零件被封裝在粉末中,也需要先冷卻下來才能將其取下。
3D打印惠普尼龍
SLS工藝的每個橫截面都是逐點燒結(jié)的,而在MJF工藝中,熔合是按逐行逐行的方式進行的。一行行打印理論上會比一點點打印要快,但是事實上,這對整體打印時間的影響不大,這是因為兩種工藝的打印時間都主要是由總層數(shù)決定的,每層打印時間很多情況遠小于每層鋪粉時間,兩種用的生產(chǎn)時間并沒有特別大的差別。
打印結(jié)束后,MJF有比SLS更快的冷卻和后處理:惠普提供了專用的后處理站,可加快打印床的冷卻速度并幫助去除粉塵。在MJF工藝中,回收的粉末的80-85%的可進行回收再利用,而在SLS中,粉末僅可回收50%。更快的粉末冷卻時間和更高粉末可回收率意味著,當打印倉僅部分裝滿時,MJF工藝可能會毫不猶豫地開始工作,而SLS工藝通常會在開始打印之前等待打印倉裝滿,工作流程的這一細微但關(guān)鍵差異,有可能導致部分MJF交付周期比SLS短,更是進一步對生產(chǎn)成本產(chǎn)生影響。白色尼龍的生產(chǎn)設(shè)備主要有兩種,一種是EOS P110, 用于打印300mm以內(nèi)的產(chǎn)品,另外一種是巨無霸P770, 當打印物品必須用大設(shè)備(EOS P770)打印時,價格可能會大幅提高,因為大設(shè)備不好填滿,使用大設(shè)備勢必會造成粉末損耗巨大,運營成本很高,生產(chǎn)成本大幅攀升;當然了,我們的主力EOS P110設(shè)備成型倉大小適中,日常使用基本是滿負荷每天開機,基本上不需要考慮上述打印量的問題的,也因此魔猴網(wǎng)得以提供全網(wǎng)很有競爭力的價格。
尺寸精度
MJF和SLS都能提供高尺寸精度的工業(yè)級3D打印,在精度上兩者差別不是很大,非要區(qū)分的話,MJF在尺寸精度上的略勝一籌。這主要是因為MJF打印頭以1200 DPI(或每0.022毫米大約1個點)來打印,而SLS系統(tǒng)的典型激光光斑直徑約為0.3-0.4毫米;此外,MJF中使用的細化劑(detail agent)有助于打印細小的特征和鋒利的邊緣。
值得注意的是,兩種技術(shù)都不需要支撐結(jié)構(gòu),允許創(chuàng)建沒有任何支撐去除標記的自由形式的模型,但兩者都容易翹曲,因此都必須避免較大的平坦區(qū)域。在我們的測試中,我們發(fā)現(xiàn)MJF零件比使用SLS打印的零件更容易翹曲。
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MJF黑色尼龍 |
SLS白色尼龍 |
尺寸精度 |
±0.3%(下限為±0.2毫米) |
±0.3%(下限值±0.3 mm) |
典型的構(gòu)建大小 |
380 x 285 x 380 |
300 x 300 x 300毫米(最大750 x 550 x 550毫米) |
普通層厚度 |
70-100微米 |
100-120微米 |
最小壁厚 |
1毫米(建議)/0.6 (極限) |
1毫米(建議)/0.7(極限) |
最小細節(jié) |
0.25毫米 |
0.30毫米 |
外觀及表面質(zhì)量
當前在MJF系統(tǒng)中使用的熔合劑為黑色,因為深色材料可以更有效地吸收熱輻射,這造成MJF零件具有淺灰色外觀,可通過可選的后處理步驟,以實現(xiàn)均勻的黑色面漆。
SLS零件通常為白色,并且可以染成任何顏色。對于某些特定應用,比方說食品相關(guān)器具,黑色和灰色等深色是不可接受,從這一點來說,白色無疑可塑性更強一些。
尼龍表面
兩種技術(shù)打印的零件都具有顆粒狀的表面,有磨砂感,但是都可以進行后處理以達到很高的標準。如果審美要求是主要要求,則強烈建議使用后處理上色。
材料性能
這兩個工藝中使用的主要材料都是PA 12(尼龍)。SLS的打印成品在打印方向上(Z方向)稍弱,而相比較,MJF零件具有出色的強度和柔韌性以及更均勻的機械性能。
但是,SLS是一個完善的,久經(jīng)考驗的系統(tǒng)。無論是制造商,服務(wù)商,還是獨立研究人員都充分記錄了SLS材料的性能,應用歷史更悠久,各方面文檔文獻資料都很全面。另一方面,MJF所提供的尼龍重要的工程特性(例如沖擊強度和蠕變特性)還并未廣泛獲得工業(yè)界認可。當然,隨著技術(shù)的成熟以及更廣泛的使用,魔猴相信這一定會有所改變,得到更多的背書和支持。
此外,MJF是一個開放的材料平臺,在推出最初始主要只有PA材料一種,現(xiàn)在MJF已經(jīng)可以提供諸如PA11,PA+玻纖珠,TPU,甚至PP材料,全彩材料,可以預見,惠普這一個策略可以加快材料開發(fā)的速度,未來可期。
綜合來看,白色尼龍和黑色尼龍的性能差別不大,黑色尼龍的材料性能要更加出色一些,未來也更值得期待。
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白色尼龍SLS PA 12 |
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抗拉強度 |
XY: 48兆帕Z: 48兆帕 |
XY: 48兆帕 Z: 42兆帕 |
拉伸模量 |
XY: 1700 MPa Z: 1800兆帕 |
XY: 1650 MPa Z: 1650 MPa |
斷裂伸長率 |
XY: 20% Z: 15% |
XY: 18% Z: 4% |
成本和交貨時間
魔猴網(wǎng)提供了全網(wǎng)極具競爭力的尼龍打印價格,無論白色尼龍還是黑色尼龍,都保持很高的優(yōu)惠幅度,性能上來講,黑色尼龍稍優(yōu),價格也稍微貴一些,就尺寸的影響來說,一般尺寸小于300mm,白色尼龍更便宜,如果打印尺寸大于300mm但小于380mm, 使用MJF打印更便宜,尺寸更大的件,需要用到P770大設(shè)備打印,成本會飆升,當然,如果有可能,也可以選擇拆分為小件打印。
交貨時間一般相差不大,黑色尼龍由于更高的粉末回收率和更快的冷卻速度,有可能會在交貨時間上有優(yōu)勢,當然魔猴網(wǎng)為兩種材料都提供了24小時的快速發(fā)貨選項,相信認真讀完這篇文章的讀者,也能理解為什么交貨時間作為了一個可選項會影響生產(chǎn)成本和價格。