与注塑竞争，New Balance鞋所使用的HSS高速烧结技术

在过去几年中，3D打印行业已经出现了许多令人振奋的新技术，这些技术可以将增材制造（AM）集成到更大的制造业世界中，包括Carbon的数字光合成和HP多喷射融合（MJF）技术。

这些快速制造技术不仅扭转了3D打印给人效率低的印象，配合材料技术的快速发展，这些打印技术以日新月异的面貌挺进生产领域，并引发了从耐克到阿迪达斯、New Balance、Under Armour这些鞋业在引入3D打印技术批量生产鞋中底方面的竞争。

然而，除了CLIP和MJF技术，另外一个尚未引起社会广泛关注的技术是高速烧结（HSS）技术。具体说来这项技术是由霍普金森-尼尔研发出来的，他通过超过十年的时间一直在开发新的方法，称之为高速烧结。值得注意的是，霍普金森已经脱离谢菲尔德大学并将这项技术转化到XAAR公司。

HSS高速烧结速度100倍于SLS激光烧结，当前的SLS激光烧结机通过一个单点激光熔化粉末状塑料聚合物，这使得生产效率受到一定的制约，霍普金森采用红外线灯和喷墨打印头来代替激光。打印头快速准确地将材料传送到粉末床上。随后红外线熔化将粉末固化成形状，然后是下一层，比激光烧结速度快很多。

HSS被认为是降低SLS零件成本的手段，以使3D打印与诸如注塑等大规模制造技术具有竞争力。通过更换SLS中使用的昂贵的激光器并增加机器的生产能力，可以达到与注塑成型竞争的速度和成本来烧结零件。

在HSS加工过程中，喷墨打印头将黑色的红外辐射吸收油墨沉积在热塑性粉末床上，然后红外灯加热粉末，导致颗粒熔化，从而固化每一层的形状。

并且该工艺的温和加热打开了广泛的材料，如弹性体和其他塑料。此外，HSS可以使用100％的回收粉末，而不会导致粗糙的表面，也不需要富含氮气的环境。

HSS听起来有点像惠普的MJF，的确这两个过程非常相似：在MJF加工工艺中，喷墨打印头将熔融剂和细化剂沉积在热塑性粉末床上，然后用一组红外灯烧结。霍普金森解释说，两者之间最大的区别是HSS不使用细化剂。不过霍普金森早在2003年就提交了HSS的初始专利。

HSS和MJF在方法中有着明显的相似性和重叠姓，因为两种方法都是将溶剂打印到粉末床上。而惠普采用的是喷射两种添加剂。第一层的粉铺好，然后喷射熔剂，并在同一时间，喷射细化剂，为了产生高清晰度的边缘，然后再通过热源将粉末熔融，如此以来，层层堆叠成物体的形状。

主要区别是HSS不使用细化剂,霍普金森当时考虑过细化剂，但他发现他能够获得出色的分辨率，从而无需细化剂。另外，通过将专用于特殊材料的多个打印头结合到HSS工艺中，可以沉积诸如银导电流体的功能性油墨。

2016年，当霍普金森加入喷墨打印机制造商Xaar作为3D打印总监时，HSS向商业化迈出了重要一步。Xaar准备通过位于诺丁汉的3D打印中心和位于丹麦哥本哈根的新中心来推动这一技术的商业化进程。

霍普金森说：“我们在诺丁汉和哥本哈根新中心的目标是最大化HSS的商业潜力。 我们将以三种方式做到这一点：i）我们将继续设计和开发HSS机器，同时进行专机的开发并推向市场。 ii）我们将协助材料供应商开发和加工其HSS材料。 iii）我们将帮助终端用户实现零件加工目的，并进行运行成本分析来确定采用HSS是否是最有意义的方式。”

▲用HSS技术制造的New Balance运动鞋

当然，不同的3D打印技术之间存在着一定的竞争关系，就提到的鞋中底打印方面，阿迪达斯的Futurecraft 4D采用的是Carbon的数字光合成技术，而当前耐克则是选择了与惠普的MJF技术合作。而SLS激光烧结给业界的印象是表面光洁度不如树脂固化技术，甚至是制造速度也逊于CLIP和MJF，然而SLS可用于复合材料的烧结，可以将碳纤维这样的材料添加进去，用来提升塑料的工程力学性能。并且，SLS还可以加工用于替代轻金属合金的PEEK高性能塑料。而HSS技术高速烧结技术是SLS加工过程的100倍，这为这种技术“跻身”鞋业制造提供了效率基础。

值得一提的是，霍普金森的快速烧结技术受专利知识产权保护，拥有者是霍普金森以前的机构－拉夫堡大学，该专利已授权给几个单位使用，包括德国的3D打印公司voxeljet。霍普金森的团队正在建设中，并且将扩展到如导电油墨材料的打印，可用于打印电子设备。

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来源：3D科学谷