南极熊：以色列XJet喷墨金属3D打印机的对比优势

2016年11月，南极熊特约记者到以色列造访了3D打印领域的当红炸子鸡“XJet”，喷墨金属3D打印开创者，让金属3D打印像喷墨一样层层构造物体。


以色列XJet的喷墨金属3D打印机在不断刷新我们对“黑科技”的认知。XJet以他们的NanoParticle Jetting技术而闻名全球，第一代喷墨金属3D打印机将在2016年11月15日的德国法兰克福Formnext展会上惊艳亮相。现在，它不仅能够打印金属，还能打印陶瓷，从而进一步拓展了XJet的3D打印技术。

△XJet有66名公司成员了

作为3D打印界的“游戏颠覆者”，早在2016年5月的佛罗里达州奥兰多市的RAPID展会上，Xjet就介绍了他们的NanoParticle Jetting技术（NPJ）。在此之前，XJet宣布将额外进行一轮融资，融资金额高达2500万美元。这轮融资通过星火投资基金由Catalyst CEL基金和Autodesk公司领投。值得一提的是，Catalyst CEL基金是以色列-中国的私募股权投资基金。


△XJET的CBO Dror Danai（左）和CEO Hanan Gothait （右）

XJet首席执行官兼创始人Hanan Gothait说：“经过多年的研究，我们拥有超过50种注册专利。我们很高兴能够达到这一发展的里程碑，利用NanoParticle Jettin技术生产高品质材料，极大地造福制造业。”

XJet的首席商务官Dror Danai说：“陶瓷材料的拓展能够让我们进入更多领域，例如牙科，医疗和特定的工业应用。在formnext展会上，我们将向人们演示陶瓷喷墨技术，鼓励更多的行业者进入这个领域。”

南极熊了解到，XJet已经从事了十年的金属3D打印的研发，目前总共申请了55项专利，一共有66名员工。与一些知名3D打印巨头企业都有着合作关系。
△XJET 3D打印技术的进化源泉。最开始时候惠普的平面打印技术，接着进化到Objet喷射3D打印技术（材料是石膏粉末+粘合剂+着色剂），现在进化到XJET 3D打印技术（材料是金属微颗粒+粘合剂），技术路线一脉相承但又得到巨大进步。

据XJet介绍，他们把这项创新技术的优势总结为“三维创新”：高精细节，安全封装和自由设计。


第一个维度是高精度的细节。其优势来源于纳米级颗粒，超薄的打印层（薄至2微米）能够制造极其精密的物件.



△纳米级的金属颗粒


△超薄的打印层（薄至2微米）



△非常光滑的表面质量

第二个维度是安全封装，简单可依赖，稳定性高。其有两个含义：第一个是纳米级颗粒封装于液体中，第二个是打印墨水封装于墨盒里，提供更好的安全性和轻便性。


△液体封装的纳米级金属颗粒材料


△墨盒封装的打印原材料



△XJet喷墨金属3D打印机的喷头，正在喷出材料液滴


△XJet喷墨金属3D打印机，材料液滴在层层打印


△液体材料经过高温后蒸发了，剩下金属部分。南极熊不得不佩服这个奇思妙想！


△XJet喷墨金属3D打印机内部结构


第三个创新维度是自由设计。这项技术无视支撑结构的复杂度，几何限制几乎为零，无需借助任何外力即可通过专门的技术融化去除支撑结构。


下图是传统支撑结构与XJet支撑结构对比：


最后，我们向大家展示一些XJet的精美作品，领略一下新科技所带来的独特魅力。


△XJet喷墨金属3D打印机打印的陶瓷样品，牙齿

△XJet喷墨金属3D打印机打印的金属件

求大神解答：液体材料蒸发后，纳米金属颗粒是通过什么结合在一起的？如果也是通过加热，这个热源跟蒸发液体的热源是不是同一个？我看他们官网上的介绍说温度在300摄氏度，这对很多金属来说温度是不是有点儿低。或者说金属被粉碎到纳米级别的时候，金属间的结合可能不需要传统意义上的高温。。。

材料
用于3D喷墨打印的碳化钨/钴油墨组合物
Xjet的碳化钨/钴油墨组合物中包括作为载体起作用的液体媒介物，作为亚微米颗粒、纳米粒子的碳化钨(WC)和钴(Co)。钴也可以在油墨中以前驱体(precursors)的形式存在，例如可溶解的有机钴化合物、盐或络合物。

这种油墨在完成Xjet的3D打印之后，生坯被送去经受烧结过程，在真空和低温度(几百摄氏度)下加热，其中有机材料被除去(脱结合阶段)，随后是在接近于Co的熔点的温度进行的液相烧结。在烧结之后，可达到切割刀具所需要的机械强度和硬度。

碳化钨是硬质合金的主要原料，硬质合金是由细颗粒的硬质合金由粘结金属硬质合金制成的复合材料，是一种非常硬的材料，经常使用在机械和汽车工程和建材行业。硬质合金模具是钢模的的寿命十几倍乃至几十倍，硬质合金模具高硬度、高强度、耐腐蚀、耐高温并且膨胀系数小，一般都是采用钨钴的硬质合金。

在这方面，德国弗朗霍夫（Fraunhofer）研究所的研究人员已经成功地使用3DP粘合剂喷射三维打印技术生产硬质合金模具。在3D 科学谷看来，现在Xjet的碳化钨/钴油墨组合物技术或许与Fraunhofer将产生竞争关系。

当然，这种特殊的油墨只是Xjet材料技术中的一例，Xjet对材料布局的全面版图目前3D科学谷还不得而知，只是透过Xjet又在光伏领域的专利申请来看，3D科学谷认为Xjet对特殊材料以及特殊应用的打印“情有独钟”。

设备
具有可移动打印头的喷墨打印系统
Xjet的喷墨打印系统包括：能够在打印过程中相对于彼此移动的两个或更多的打印单元；具有一个或多个打印头的打印单元共同形成了头部设置；以及控制器用以控制所述打印单元的移动以在打印过程中动态地改变所述头部设置。

每秒钟喷射出上千滴“油墨”，听起来有点像大幅面数码打印 以及纺织品的打印，Xjet的特别之处在于其喷射头多次经过相同区域，每次具有小的偏移，使得每个喷嘴在若干略微不同的位置喷射。因此，给定喷嘴所形成 的打印区域会与一个或多个其它喷嘴的打印区域重叠。由于相同区域由多 于一个的喷嘴打印，因此这些重叠的打印区域可以用来减轻喷射不足或完 全不喷射的缺陷喷嘴的影响。因此，使用这种具有重叠打印区域的多次通 过式喷射可以使得系统即使在具有若干缺陷喷嘴的情况下仍能够形成高 质量的打印。

判断喷嘴缺陷和需要打印补偿的参数可以包括例如喷射脉冲、波形、幅值和/或温度。另外，在设备的维护站区域，喷嘴还接受各种维护程序，包括例如使用液体或空气冲洗喷嘴、擦拭并且/或 者刷扫喷嘴和/或孔板、对整个喷嘴组或部分喷嘴进行火喷射、对喷嘴 进行加热或冷却或者使用液体清洗头部。可以分析检查结果以检测出例如失效喷嘴、薄弱喷嘴、弯曲 喷嘴、不适当的墨滴量或打印头的不对齐还可以更换具有永久缺陷的喷嘴。

特殊装置
带有自清洗、防沉积与除烟气装置的打印系统
Xjet带有整合的清洗机构的打印头装置包括：液体分配头，包括一个或多个液体分配喷嘴，这些喷嘴被包含在喷嘴板内，所述液体分配头是由至少第一压力和第二压力来驱动的；以及防护罩，包括在喷嘴前面的开口，其中开口是被配置为：a. 当打印液体是由所述第一压力驱动下从所述分配头中被分配时，所述打印液体是以脉冲方式通过在所述防护罩内的所述开口而被分配；b.当清洗打印液体是由所述第二压力驱动下从所述分配头中被分配时，所述打印液体是被抽吸到在所述防护罩与所述喷嘴板之间形成的毛细间隙，因而从所述喷嘴附近去除所述清洗打印液体。