新型“注塑打印”技術提高了3D打印能力
【塑料機械網 科技創新】馬薩諸塞大學洛厄爾分校的一位研究人員開發了一種新的3D打印技術，它結合了注塑工藝，提高了3D打印的生產率，同時增強了產品的性能。更耐用的假肢裝置和更堅固的飛機和汽車部件是其潛在的應用。
領導這一研究項目的塑料工程教授David Kazmer說，雖然3D塑料打印機市場估價為40億美元，而且還在不斷增長，但在確保打印機創建快速生產的物體、保持其強度并準確反映所需形狀方面仍然存在挑戰。這項技術被稱為注塑打印，在學術期刊《添加劑制造》上有專題報道。
Kazmer和Austin Colon在《添加劑制造》中寫道：注塑打印結合了零件外表面的高分辨率材料擠出和較大的內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。他們補充說：“因此，注塑打印旨在利用材料擠出打印機的全部熔融能力，以減輕困擾添加劑制造業的尺寸詛咒。”
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合材料制成的連續長絲通過噴嘴送入，在噴嘴中加熱并在構建平臺上逐層沉積。
Kazmer表示：“我們使用3D打印機作為注塑裝置，填充3D打印外殼壁產生的空間。換句話說，我們使用零件的內部作為其自己的模具空腔。關鍵是要計算殼壁的間距和高度，這樣就可以在不產生過度變形的情況下獲得良好的填充效果。令人驚訝的是，模具的工程設計在流動、變形和傳熱方面都與注塑的工藝規劃有關，”他補充說，“雖然這個過程與現有的3D打印機向后兼容，但用于進行注塑打印的控制程序(G代碼)確實需要新的前置處理器(切片機)。”
Kazmer指出，大多數可以通過熔絲制造(FFF)進行加工的熱塑性塑料都能與注塑打印兼容。事實上，據報道，Kazmer的發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現更高的強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。我發現大多數低端的3D打印機可以融化大約12 mm³/s。只需對熱端進行一些修改，就可以輕松地沉積20mm³/秒。”
Kazmer承認HP的多噴射聚變(MJF)和Carbon的數字光合成(DLS)的生產率更高，因為它們是并行處理層，他認為這是在生產速度方面的一大優勢。然而，他指出，注塑打印通過填充由打印外殼壁定義的大內部體積，從而提高了產量。因此，注塑打印降低了問題的維度，使FDM/FFF能夠更好地競爭。“對于技術和大批量應用來說，注塑打印是一個很大的推動力，”Kazmer強調。
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