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3D打印技术再添新成员:反应性喷射打印

点击数:   录入时间:2017-10-25 【打印此页】 【关闭
摘要: 反应性喷射打印(Reactive Inkjet Printing,RIP)是一种处于早期开发阶段的新3D打印工艺,其中,一种材料会在沉积过程中通过化学反应形成,以这种方式形成材料允许更大的灵活性。这种工艺只需使用两种可以不同比例 ...

反应性喷射打印(Reactive Inkjet Printing,RIP)是一种处于早期开发阶段的新3D打印工艺,其中,一种材料会在沉积过程中通过化学反应形成,以这种方式形成材料允许更大的灵活性。这种工艺只需使用两种可以不同比例混合在一起的线材,而不是三种,其可能的材料范围远远大于现有的3D打印技术。使用这种模式,用户可以在打印过程中改变创造出来的材料,从而制造出颜色、弹性、导电性等各种特性渐变的产品。

RIP有点类似SLA。与SLA用UV光固化液体墨水不同的是,RIP通过不同成分之间的化学反应来固化液体。因此,RIP不会有与UV光相关的局限性。

由于墨水的不同成分是反应性的,它们必须分开放置。RIP需要特别设计的化学成分,它们要能快速反应,以快速凝结沉积的材料,从而逐层构建对象。凝结必须具有化学反应性,这样才能粘结下一层和上一层。以不同比例混合不同的成分能获得参数不同的材料,这意味着在打印过程中降低硬化剂的量,最终的结果是有着较高弹性的材料。通过在打印过程中改变比例,能生产出特性渐变的产品。

这种方法既可用于3D打印,也可用于2D打印。在2D打印中,油墨主要由需要蒸发或沉入材料的溶剂组成。由于沉积的材料可以着色并且不含任何溶剂,因此RIP有可能实现无溶剂喷射打印。

图1,带有一个分离器的打印头

真正的挑战在于以一种方式组合两种成分,让凝结不会过早发生。为了解决这个问题,开发人员制定了一些策略。首先,混合成分时不能接触分配器的固体材料,因为成分的快速凝固会引起堵塞。为此,开发人员需要在成分到达表面前或接近表面时混合成分。为了让这种方法广泛可用,需要开发一种分配器,以让开发人员能在打印头内混合成分。为了促进这样一种过程,他们也需要一个特别设计的打印头。

图2(左):用压缩空气作为分离器的打印头;图3:带有引导电场的打印头

打印头有两个任务。首先,它必须允许成分的混合;其次,它必须让堵塞的风险最小化。开发人员已经准备好了几种设计。分配器必须被分开,以最小化分配喷嘴的堵塞风险。这可以通过添加一个物理屏障(图1)、压缩空气流(图2)或电场来实现,如果成分改变了的话。此外,可以用压缩空气来清洗整个打印头,以去除任何在沉积期间产生的液滴,从而进一步减小堵塞的可能性。其次,打印头必须在不接触混合后的成分的前提下混合成分。最简单的解决方案是让分配器彼此倾斜,让反应性成分彼此碰撞,并在到达表面之前实现混合(见图2)。打印头可以有一个特殊的系统,该系统将把成分引导到与另一种成分的混合点,而不与打印头的材料接触。这可以通过用空气流引导成分或通过利用电场来实现(图3)。

按1:1混合成分和由此得到的材料

这项技术还处于早期开发阶段,但我们相信最终的结果将允许用在沉积过程中制造出的材料轻松制造带有渐变特性的对象。开发人员已经在实验室规模测试了这个概念。现在,他们正在开发各种新成分、设计更好的打印头,以解决任何出现的障碍。