3D打印行業可以被描述為一個小池塘，市值數十億美元的Stratasys和3D Systems就是這個池塘里的大魚。但池塘旁邊有一個滿是鯨魚的海洋，比如歐特克、空中客車、微軟、通用電氣等。幾年前，池塘和海洋之間的那堵墻被破壞掉了，隨之而來的鯨魚都想要稱霸這個“小池塘”（已經不小了）。

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最近高調進入3D打印水域的鯨魚是惠普，就是那個做噴墨、激光打印機的，還做電腦的惠普。

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圖1 3D打印格局發展趨勢

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一、惠普3D打印機成型原理

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惠普所用的3D打印技術為多射流熔融（Multijet Fusion），其成型步驟如下：

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1）鋪設成型粉末；

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2）噴射熔融輔助劑（Fusing agent）；

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3）噴射細化劑（Detailing agent）；

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4）在成型區域施加能量使粉末熔融。

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重復1）——4）過程直到所有切片加工結束，注意噴射細化劑的區域并沒有被熔融。

圖2 惠普MJF技術過程示意圖

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下面是惠普3D打印機的全套設備，從左至右依次是MJF 3D打印機、構建單元、處理站。

圖3 惠普3D打印系統組成

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HP打印機的核心是位于工作臺上的兩個模塊：分別叫做“鋪粉模塊”和“熱噴頭模塊”。“鋪粉模塊”是用來在打印臺上鋪設粉末材料的。

圖4 鋪粉模塊

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“熱噴頭模塊”則是用來噴射“熔融劑”和“細化劑”這兩種化學試劑的，而該模塊正是惠普這款打印機的最大亮點 — 它能以每秒每英寸3000萬滴的量噴射這兩種試劑。

圖5 熱噴頭模塊

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實際的打印過程如下圖所示：“鋪粉模塊”會首先上下移動鋪設一層均勻的粉末。然后，“熱噴頭模塊”會左右移動噴射兩種試劑，同時通過兩側的熱源加熱融化打印區域的材料。這個過程會往復進行，直至最后打印完成。

圖6 熱噴頭模塊噴射兩種試劑并加熱

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需要指出的是，“助熔劑”會噴射到打印的部分(即打印對象的橫截面)，作用是讓粉末材料充分融化；“精細劑”則會噴射在打印區外邊緣，起到隔熱作用。這樣一來，不僅能保證沒有打印的粉末保持松散的狀態，提高粉末的再利用率（80%，而普通SLS在利用率大約是50%），還能保證打印層表面光滑，提高打印件的精細度（想想A4紙的光潔度）。下面放大看看HP打印機的過程模擬：

圖7 惠普3D打印機成型過程模擬

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二、惠普3D打印機的優勢

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1）加工速度快。惠普3D打印機的第一大亮點是速度快，據說可超過普通技術的10倍。下圖就是以打印齒輪為例的速度對比，可以看到同樣耗費3小時，左側的擠出技術（其實就是FDM熔融沉積）只打印出了36個；中間的激光燒結（SLS）技術則略好，打印出了79個；但右側的惠普多噴射熔融（MJF）技術卻足足打印出了1000個！

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圖8 MJF與其他工藝打印速度對比

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2）打印件質量高。下面就是一個小小驗證，用打印的橢圓形結構吊起了一輛汽車。這個結構打印只用了30分鐘，重1/4磅（約113克），卻可提起最高5噸的重量。

圖9 惠普打印件承重測試

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3）高精度。打印機噴頭可以達到1200dpi的精度，考慮到粉末的擴散，在XY方向的精度可以達到約40微米。

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三、惠普3D打印機的劣勢

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1）材料限制。現在可用材料為尼龍12（PA12），而更多可用材料取決于HP對于細化劑的開發；對于金屬器件的打印，可能無法使用一體機，因為直接在設備內部進行燒結/熔融需要的高溫會影響電子器材包括噴頭的運行。

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2）材料污染。在噴射了細化劑的區域，粉末并沒有被燒結，有可能造成粉末的污染（因為這些噴射了細化劑的粉末如果被后續用在成形區域可能不會被熔融）。

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3）顏色限制。HP所用的熔融輔助劑包含了可以吸收光波的物質（可能為炭黑等深色材料），因而所展示的樣品為深色；而打印白色等淺色可能會降低能量吸收，從而會增加成形時間，有可能導致無法成形；對于全彩器件的打印，同時需要考慮色素的耐高溫能力。