高通量3D打印工藝，解析哈佛大學的直接書寫技術(shù)

要提高3D打印的速度，在粉末床激光熔化工藝領(lǐng)域，通過增加激光光束或安裝激光陣列來提高打印速度；在材料噴射3D打印工藝領(lǐng)域，通過多噴嘴的方式可以顯著提升打印速度。在高通量的多噴嘴3D打印工藝方面，已經(jīng)實現(xiàn)商業(yè)化的企業(yè)不在少數(shù)。其中Xjet的噴墨打印系統(tǒng)每秒鐘噴射出上千滴“油墨”，聽起來有點像大幅面數(shù)碼打印在Z軸上增加了一個維度。其他包括惠普的多射流熔融技術(shù)，則將3D打印速度提升了十倍。

高通量3D打印領(lǐng)域，另一個十分具有想像空間的技術(shù)是直接書寫技術(shù)，這項技術(shù)專利中就包括哈佛大學Lewis教授的直接書寫專利，那么這一Direct Write打印技術(shù)除了實現(xiàn)高通量的3D打印工藝，還有哪些特點呢？

Lewis教授的直接書寫技術(shù)描述中重點是多噴嘴Multinozzle沉積系統(tǒng)，這個系統(tǒng)包括兩個獨立的微通道網(wǎng)絡(luò)，第一微通道網(wǎng)絡(luò)和第二微通道網(wǎng)絡(luò)。第一種油墨主要是高分子塑料，包括硅膠以及環(huán)氧樹脂組成的油墨。

Lewis教授認為這種直接書寫的打印技術(shù)有利于創(chuàng)建最小收縮和變形的結(jié)構(gòu)，并且可實現(xiàn)大尺度打印的可能，這種可以用來實現(xiàn)平面和三維維度上微結(jié)構(gòu)的零件快速生產(chǎn)具有廣闊的應(yīng)用空間。具體可商業(yè)化的領(lǐng)域包括印刷電子、太陽能電池、微流體芯片、新型復(fù)合材料、組織工程等。

根據(jù)市場研究，在直接書寫3D打印工藝方面，LLNL美國勞倫斯·利弗莫爾國家實驗室也頗為活躍，LLNL還開展了一個新的金屬3D打印技術(shù)研究項目–金屬直寫技術(shù)（Direct Metal Writing），并希望通過該技術(shù)克服目前粉末床3D打印技術(shù)所存在的不足。

與粉末床3D打印技術(shù)不同的是，LLNL金屬直寫技術(shù)所使用的打印材料不是金屬粉末，而是由金屬鑄塊加熱而成的半固體狀材料，材料中的固體金屬顆粒被液體金屬所包圍，呈現(xiàn)出膏體一樣的狀態(tài)。像膏體一樣的金屬材料在壓力的作用下，通過打印噴嘴擠出。與哈佛大學Lewis教授的直接書寫專利中提到的一致，這種工藝的關(guān)鍵在于如何掌握材料的流動屬性。

而LLNL實驗的高性能計算能力可以準確模擬材料的流動，LLNL將這種模擬技術(shù)用在開發(fā)碳纖維復(fù)合材料的3D打印工藝上，模擬了碳纖維復(fù)合材料流經(jīng)3D打印機噴頭，以數(shù)以千計的液滴形成固體的過程。

來源：3D科學谷
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