與注塑競爭，New Balance鞋所使用的HSS高速燒結(jié)技術(shù)

在過去幾年中，3D打印行業(yè)已經(jīng)出現(xiàn)了許多令人振奮的新技術(shù)，這些技術(shù)可以將增材制造（AM）集成到更大的制造業(yè)世界中，包括Carbon的數(shù)字光合成和HP多噴射融合（MJF）技術(shù)。

這些快速制造技術(shù)不僅扭轉(zhuǎn)了3D打印給人效率低的印象，配合材料技術(shù)的快速發(fā)展，這些打印技術(shù)以日新月異的面貌挺進生產(chǎn)領(lǐng)域，并引發(fā)了從耐克到阿迪達(dá)斯、New Balance、Under Armour這些鞋業(yè)在引入3D打印技術(shù)批量生產(chǎn)鞋中底方面的競爭。

然而，除了CLIP和MJF技術(shù)，另外一個尚未引起社會廣泛關(guān)注的技術(shù)是高速燒結(jié)（HSS）技術(shù)。具體說來這項技術(shù)是由霍普金森-尼爾研發(fā)出來的，他通過超過十年的時間一直在開發(fā)新的方法，稱之為高速燒結(jié)。值得注意的是，霍普金森已經(jīng)脫離謝菲爾德大學(xué)并將這項技術(shù)轉(zhuǎn)化到XAAR公司。

HSS高速燒結(jié)速度100倍于SLS激光燒結(jié)，當(dāng)前的SLS激光燒結(jié)機通過一個單點激光熔化粉末狀塑料聚合物，這使得生產(chǎn)效率受到一定的制約，霍普金森采用紅外線燈和噴墨打印頭來代替激光。打印頭快速準(zhǔn)確地將材料傳送到粉末床上。隨后紅外線熔化將粉末固化成形狀，然后是下一層，比激光燒結(jié)速度快很多。

HSS被認(rèn)為是降低SLS零件成本的手段，以使3D打印與諸如注塑等大規(guī)模制造技術(shù)具有競爭力。通過更換SLS中使用的昂貴的激光器并增加機器的生產(chǎn)能力，可以達(dá)到與注塑成型競爭的速度和成本來燒結(jié)零件。

在HSS加工過程中，噴墨打印頭將黑色的紅外輻射吸收油墨沉積在熱塑性粉末床上，然后紅外燈加熱粉末，導(dǎo)致顆粒熔化，從而固化每一層的形狀。

并且該工藝的溫和加熱打開了廣泛的材料，如彈性體和其他塑料。此外，HSS可以使用100％的回收粉末，而不會導(dǎo)致粗糙的表面，也不需要富含氮氣的環(huán)境。

HSS聽起來有點像惠普的MJF，的確這兩個過程非常相似：在MJF加工工藝中，噴墨打印頭將熔融劑和細(xì)化劑沉積在熱塑性粉末床上，然后用一組紅外燈燒結(jié)。霍普金森解釋說，兩者之間最大的區(qū)別是HSS不使用細(xì)化劑。不過霍普金森早在2003年就提交了HSS的初始專利。

HSS和MJF在方法中有著明顯的相似性和重疊姓，因為兩種方法都是將溶劑打印到粉末床上。而惠普采用的是噴射兩種添加劑。第一層的粉鋪好，然后噴射熔劑，并在同一時間，噴射細(xì)化劑，為了產(chǎn)生高清晰度的邊緣，然后再通過熱源將粉末熔融，如此以來，層層堆疊成物體的形狀。

主要區(qū)別是HSS不使用細(xì)化劑,霍普金森當(dāng)時考慮過細(xì)化劑，但他發(fā)現(xiàn)他能夠獲得出色的分辨率，從而無需細(xì)化劑。另外，通過將專用于特殊材料的多個打印頭結(jié)合到HSS工藝中，可以沉積諸如銀導(dǎo)電流體的功能性油墨。

2016年，當(dāng)霍普金森加入噴墨打印機制造商Xaar作為3D打印總監(jiān)時，HSS向商業(yè)化邁出了重要一步。Xaar準(zhǔn)備通過位于諾丁漢的3D打印中心和位于丹麥哥本哈根的新中心來推動這一技術(shù)的商業(yè)化進程。

霍普金森說：“我們在諾丁漢和哥本哈根新中心的目標(biāo)是最大化HSS的商業(yè)潛力。 我們將以三種方式做到這一點：i）我們將繼續(xù)設(shè)計和開發(fā)HSS機器，同時進行專機的開發(fā)并推向市場。 ii）我們將協(xié)助材料供應(yīng)商開發(fā)和加工其HSS材料。 iii）我們將幫助終端用戶實現(xiàn)零件加工目的，并進行運行成本分析來確定采用HSS是否是最有意義的方式�！�

▲用HSS技術(shù)制造的New Balance運動鞋

當(dāng)然，不同的3D打印技術(shù)之間存在著一定的競爭關(guān)系，就提到的鞋中底打印方面，阿迪達(dá)斯的Futurecraft 4D采用的是Carbon的數(shù)字光合成技術(shù)，而當(dāng)前耐克則是選擇了與惠普的MJF技術(shù)合作。而SLS激光燒結(jié)給業(yè)界的印象是表面光潔度不如樹脂固化技術(shù)，甚至是制造速度也遜于CLIP和MJF，然而SLS可用于復(fù)合材料的燒結(jié)，可以將碳纖維這樣的材料添加進去，用來提升塑料的工程力學(xué)性能。并且，SLS還可以加工用于替代輕金屬合金的PEEK高性能塑料。而HSS技術(shù)高速燒結(jié)技術(shù)是SLS加工過程的100倍，這為這種技術(shù)“躋身”鞋業(yè)制造提供了效率基礎(chǔ)。

值得一提的是，霍普金森的快速燒結(jié)技術(shù)受專利知識產(chǎn)權(quán)保護，擁有者是霍普金森以前的機構(gòu)－拉夫堡大學(xué)，該專利已授權(quán)給幾個單位使用，包括德國的3D打印公司voxeljet�；羝战鹕�的團隊正在建設(shè)中，并且將擴展到如導(dǎo)電油墨材料的打印，可用于打印電子設(shè)備。

延伸閱讀：《2400元一雙！New Balance發(fā)布新款3D打印運動鞋》

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來源：3D科學(xué)谷