惠普3D打印机现场照片

南极熊3D打印网注意到，在美国一个展会上，惠普曝光了自主研制的首款多射流熔融3D打印机。这款工业级设备不但能轻松实现全彩，而且能每秒喷射出3.5亿个直径仅21微米的颗粒，所以精度和速度都比普通3D打印机高许多。其中，速度甚至可达熔融沉积（FDM）或选择性激光烧结（SLS）设备的至少10倍。


为啥这款机受到极大的关注？南极熊认为不仅是由于惠普这个响亮的名字，更是因为其所使用到的新型3D打印技术 — 多射流熔融（MJF）。这种技术主要是利用两个单独的热喷墨阵列来制造全彩3D物体的。打印时，其中一个会左右移动，喷射出材料，令一个会上下移动，进行喷涂、上色和沉积，令成品得到理想的强度和纹理。随后，两个阵列会改变方向从而最大化覆盖面和生产力。接着，一种细化剂会喷射到已经成型的结构上。之后，外部会对已经和正在沉积的部分加热。这些步骤会往复循环，直至整个物体以层层堆积的方式打印完成。



看了惠普3D打印机打印出来的作品，南极熊心里燃起了一些新希望：功能性的3D打印物件，将逐步应用到普通的工业生产中啦。


惠普第一次向全世界展示自己的3D打印机理念是在2014年的10月29日，当时的执行副总裁Dion Weisler（现任CEO）在活动会上中提到“混合实境”（Blended Reality）的概念，期待建立一个能够激发人类创造力的生态系统，随之抛出惠普希望开发3D打印机的愿景，并展示了如今已经应用到惠普3D打印机产品上的Multi Jet Fusion Process （南极熊备注，南极熊在此称其为多喷嘴式熔融技术）。

虽然说惠普已经是全球家用平面打印机的巨头，而这次，它并未将眼光放在家用产品上，此次推出的Multi jet Fusion（以下简称MJF）是一款工业级的产品。


MJF具备以下优势：简化工作流程并降低成本，实现快速成型;以突破性的经济效益实现零部件制造;降低了使用门槛、并支持各行业新应用的开放式材料与软件创新平台。惠普3D打印业务总裁Stephen Nigro称，HP 多喷嘴式熔融 3D打印解决方案以业内的创新方式实现了高速度、高质量和低成本的有效结合。这令企业和制造商可以重新思考为客户设计和交付解决方案的方式。

实际上，现在看到的惠普3D打印机，运用了两年前的技术理念。即便如此，相比较其他的已经耳熟能详的技术例如工艺熔融沉积制造 (FDM)， 光固化成型（SLA），激光烧结（LS）等等，还是吹来一阵新鲜的风。  

工作原理


图1. 惠普Multi Jet Fusion工作台 （图片来源：HP Multi Jet Fusion Technology Technical White Paper）

那这台机器到底是怎么工作的呢？从惠普发布的白皮书和最新的YouTube视频，还是能非常清楚的了解到，这款机器的核心是位于工作台上的两个模块，Material Coater with Energy (图1A)和HP Thermal Inkjet Arrays (图1B)。这两个模块小编分别起名叫“铺粉模块”和“热喷头模块”。“铺粉模块”顾名思义，是在工作台上分配粉末材料用的。这个模块有三部分组成，中间是铺粉末的喷头，两边是能量源。“热喷头模块”用来喷射化学试剂Fusing Agent 和 Detailing Agent，小编取名叫“熔融试剂”和“细节处理试剂”，当然这个模块也是有能量源的。“热喷头模块”是这款打印机的亮点，以每秒钟每英寸3000万滴的速度喷洒化学试剂。


工作流程


图2. 工作流程图 （图片来源：HP Multi Jet Fusion Technology Technical White Paper）

机器的工作流程是(图2)，通过“铺粉模块”自上向下滑动，在工作台上铺一层均匀的粉末。“热喷头模块”从左到右喷洒化学试剂，并通过上面的加热源融化指定区域的材料。紧接着“铺粉模块”再次铺粉，“热喷头模块”接着再次洒试剂和加热，循环往复直至成型。“熔融试剂”喷洒在需要融化的区域，提高材料融化的质量和速度，而“细节处理试剂”喷洒在融化区域的边缘，保证边缘表面光滑以及精确的成型。


温控系统

图3. 闭合环路温控系统（图片来源:hp官网）

对于这台机器的温控系统，惠普也是特别强调。惠普采用闭合环路温控系统（图3）。 机器顶部有加热器和热感摄像机，通过测量工作台上的上百个探测点的温度，来决定哪些区域需要吸收更多的热量。工作台上的“铺粉模块”和“热喷头模块”都带有能量源，但是小编自己认为两个模块的能量源起到不同的作用。“铺粉模块”的能量源可以起到预热材料的作用，降低由于温差较大而导致的变形，作用与顶部加热器相同。“热喷头模块”的能量源起到融化成型的作用。如此推理，这个打印机的工作台只是有探测温度的功能，而没有加热的功能。

乍一看，这台机器的原理和激光烧结很像，都是通过加热材料来成型的，但是激光烧结并没有用到任何化学试剂，是物理反应。惠普的这款打印机用了两种不同的试剂来增强材料的融化质量以及成型，这些试剂的成分是什么，发生了怎样的化学反应，还有待考证。不过，总的来讲还是以熔融反应为核心，利用化学试剂来提高打印速度和产品质量。其实惠普也知道自己的打印原理和激光烧结很像，所以在发布的视频中做了一个比较。下面是3分钟的时间内不同原理制作齿轮的时间。

惠普3D打印机与其他工艺,相同时间内生产的齿轮个数

FDM：30个

激光烧结：70个

惠普MJF：1000个

彩色3D打印

图4.彩色打印样品

关于彩色打印这一块，惠普提供HP CMYK 彩色墨盒，CMYK是cyan, magenta, yellow or black的缩写，分别是青色、洋红、红色和黑色。但是，惠普并没有介绍这些彩色染料，而是着重介绍了另一种试剂，Transforming Agent。小编一时不知道给这个神奇的化学剂取什么名字好，名字颇有变形金刚的感觉（Transformer）。Transforming Agent 可以在以体素（Voxel）为单位改变产品的性能，比如和CMYK彩色墨盒一起使用，可以有选择性的给不同的产品区域上色。但是不知道如果不用这种Transforming Agent, 是不是就不可以得到多种颜色的产品了。其他关于Transforming Agent 作用，惠普没有说明。

图5.MJF技术打印纹理

总的来讲，惠普MJF 3D打印机更像是在激光烧结的原理上加了很多化学试剂，物理反应加化学反应，打印速度快，打印质量好。所谓中西医结合疗效好，当然，买家支付的肯定也不是一种治疗效果的钱。惠普作为平面打印机的制造商，已经是领头羊，相信她在3D打印的路上，也会越走越好。