面投影烧结3D打印技术来了，一次一层，Vistech直接图像红外烧结DLP-PBF

2021年7月3日，南极熊从外媒了解到，去年挪威公司Visitech发布了能够烧结塑料粉末的滚动式DLP投影仪的消息，宣布3D打印了尼龙粉末。据称，它有可能在粉末床熔融（PBF）的领域中开辟出一种高产量和低成本的新方法。这种新的红外（IR）PBF技术被称为直接图像红外烧结（DIS）。但南极熊更喜欢叫它为“面烧结”。

革命性的面曝光技术，一次烧结一层

其实，南极熊认为，这可以说是一台近红外投影仪。但现在，Visitech已经实现了一些粉末材料的烧结。长期以来，塑料PBF通常是指选择性激光烧结（SLS），激光在粉末床上逐点移动，边移动边熔化塑料颗粒。虽然比熔融沉积FDM技术具有更高的分辨率，但它的速度很慢，还需要后期对表面进行处理。正如基于投影仪的数字光处理（DLP）在基于激光的立体光刻（SLA）技术上取得的进展一样，DIS也将是PBF技术的巨大进化。

△世界上第一个使用 IR 打印的用于烧结粉末床融合（DIS）的船模型。图片由 Visitech 提供

据Visitech称，DIS以更高的打印速度、分辨率来改进SLS。一次曝光烧结融合一整层，DIS就像DLP一样，以指数级的方式提高了SLS的3D打印速度。而且Visitech还开发了一个滚动子系统来堆叠多个光引擎和一个运动平台，变成滚动投影，将扩大打印的尺寸，并提升生产效率。

△堆叠多个光机来扩大打印尺寸、提升打印速度

Visitech表示，DIS是公司大量研究的结果，他们在DLP光机方面有20年的经验。为了创造这项技术，必须克服与电源管理和系统冷却有关的关键挑战。为了在一次照射曝光中实现全层图像投影，研发团队必须找到一个足够强大的光源，来高精度熔化粉末。他们设计了一个能高达120W的红外投影仪，来满足高能需求，以便解决SLS单点激光扫描效率低下的问题。

颠覆性技术的难点与突破

然而，120W的巨大功率负荷，造成温度过高，可能会损坏光引擎。然后，Visitech将在处理LLS和LRS投影仪方面的专业知识应用于DIS项目，开发了一个强大的液体冷却系统，可以管理投影仪的工作温度并延长使用寿命。

△第一次 DIS 测试运行，打印了Visitech 标志中的“V”，很快就适用于高分辨率和大规模生产能力

据南极熊了解，一旦确定了适当的参数，就可以实现真正的零件打印。

随着DIS技术的完善，Visitech已经向高产能3D打印商业化上迈进。

Visitech工程有限公司（德国分公司）的总经理Alfred Jacobsen指出：”我们现在已经在实验室环境中实现了面烧结3D打印，下面需要进一步调整参数并进行深入研究，得出不同材料的工艺数据。学习各种粉末床材料在这个过程中的表现，对机械制造类的客户至关重要。”

△VISITECH 的 LRS-MCx 参考运动平台，最多可使用四台 UV DLP 投影仪或两台 NIR 投影仪。图片由 Visitech 提供

据说，面烧结3D打印技术很快就能达到类似激光的分辨率，正面开始与SLS竞争。此外，虽然目前是尼龙材料，以后最坚韧的材料PEEK也有可能实现面烧结3D打印。

Jacobsen说：”Visitech的DIS技术，将把红外光源套入在DLP光引擎中，实现与UV-SLA的DLP滚动子系统相近的价格成本。我们认为DIS是对现有激光烧结的补充，为客户提供全新的性能。我们的DIS技术能够极大提高打印的尺寸幅面，通常以米为单位（例如1米的大型尺寸），同时仍然保持非常高的分辨率。此外，DIS允许在打印中获得更高的填充系数，高功率红外能量可以一次融合一层粉末材料。而在SLS系统中，激光器是一个点，来回扫描烧结，速度慢很多。”

△Visitech 使用强大的基于DLP 的红外光引擎成功地实现了聚合物粉末床融合，一次性投射粉末熔化图像，这比传统的 SLS 方法更快。图片由 Visitech 提供

对3D打印产业影响深远

为了让读者更好认识面投影烧结3D打印技术的深远意义，南极熊做个对比：
关于传统DLP面投影在光固化3D打印领域的意义，不少公司基于这一技术，开发出高速光固化3D打印机，正是由于生产效率快、打印精度高这两大核心竞争力，备受产业界重视，得到突飞猛进的发展，加上大量不同性能的光敏树脂材料的出现，产生了美国Carbon、美国Nexa、中国清锋科技、中国迅实科技、德国Evisiontec等知名3D打印公司，前景无限。

或许有人会认为，这种面烧结的DLP 3D打印光学引擎，将可能为下游的3D打印机厂商提供一种全新的技术核心方案，同样凭借生产效率快、打印精度高这两大核心竞争力，未来将有望涌现出一批使用了这个红外面烧结DLP技术的相关公司和产品，对尼龙、PP、TPU、PEEK等应用面非常广泛的材料进行高速大批量的打印生产，让3D打印技术进入终端产品的大规模应用时代。

但是，120W的功率限制，或许会让这个技术的应用大打折扣！

技术的局限性
通过查阅有关资料，南极熊发现光固化UV 和 光烧结NIR 投影仪都依赖于德州仪器 (TI) 的 DMD 芯片组。UV 系统与各种镜头兼容，可实现低于 2 微米及更高的分辨率。相比之下，NIR 系统兼容 830 nm 波长的 红外1.85x镜头 和 1064 nm 波长的 红外16X 镜头。

NIR DLP 系统能够输出高达 120 W 的光功率，相比之下，工业 SLS 系统可以实现输出 1000W 或更高功率的激光器。根据材料吸收光的能力（黑色比亮色调吸收率更高），曝光时间可能需要更长。所以，最终的实际打印速度，可能并不会像DLP面投影的高速光固化3D打印技术那样高，那样具有革命性。

实际上现在市面上的聚合物粉末床熔融SLS技术，如果用近红外激光的话，最高输出功率是500W。对于DIS技术的话，最多可以实现6个DLP光机拼接滚动曝光打印，这样6个的功率就是1200W。