建構方向對多射流融合和選擇性雷射燒結生産的聚合物部件機械性能的影響
前言:選擇性雷射燒結（SLS）和多噴嘴熔融（MJF）是近年來出現的粉床熔融添加制造（AM）工藝，這兩種技術都具有将零件嵌套到建造體積中并且不需要支撐結構的特點，非常适合用于聚合物零件的大批量生産。但要充分利用這些工藝特點，必須了解零件定向對最終材料性能的影響。對用SLS和MJF列印的聚酰胺12（PA12）零件進行了比較研究，采用了設計實驗（DoE）方法來表征在不同定向和旋轉下列印的樣品的拉伸強度。
SLS在熔化階段之前，噴墨頭在指定區域的粉床上沉積所謂的熔合劑，而在要熔化的材料和周圍材料之間的邊界區域滴加細節劑。紅外（IR）燈與噴墨列印頭相耦合。當列印頭以給定速度在粉床上移動時，來自燈的IR輻射被帶有熔合墨水的粒子吸收，而細節墨水則抑制向周圍的熱傳遞。兩種墨水都是水基乳膠。
熔合劑含有石墨狀碳（5.2%），懸浮在水（65%）、2-吡咯烷酮（18.7%）和三乙二醇（8.4%）的溶液中，而細節劑主要包含水（83%）、2-吡咯烷酮（3.7%）和三乙二醇（11.1%）[19]。MJF和SLS是兩種相似的3D列印工藝，但由于MJF使用了不同于SLS的油墨和紅外線加熱，所制造出來的部件與SLS所制造出來的部件在性質上可能會有所不同。MJF的生産速度比SLS技術快10倍，在工業領域極具吸引力。MJF使用的融合油墨的存在導緻更高的紅外吸收，促進了浸漬有融合劑的粉末的更高加熱。
融合油墨的作用是促進顆粒的熔合，而細節油墨則減少了熱量流失并提高了邊緣的精度。此外，由于細節劑抑制了印刷件中的熱傳遞，未燒結的粉末相對于SLS在過程後的損失更少。這解釋了為什麼在再生粉末批次中所需的新粉末數量較少。從融合劑中殘留的石墨烯導緻最終列印的部件中仍然存在石墨烯殘留。使用MJF列印的部件呈灰色。在大型部件中，細節劑也會在要融化的區域内特定區域噴灑，以避免過熱區域或局部高溫。
除了材料和加工參數之外，SLS和MJF中使用的噴墨墨水也是兩種技術之間的一個顯著差異。在MJF中，噴墨墨水分為熔合劑和細節劑兩種。熔合劑可以促進材料粉末的熔合，而細節劑則可以減少熔合劑熱量向周圍材料的傳遞，進而提高列印件的精度。而在SLS中，由于使用雷射束來加熱材料粉末，不需要噴墨墨水。這也是SLS比MJF更适合列印具有高精度要求的物體的原因之一。
雖然SLM和SLS技術已經應用于工業界，但是它們仍然存在一些問題，如生産成本高、列印速度慢、列印精度不高等。研究人員一直在探索新的AM技術，以克服這些限制并改善列印品質。以下是一些新興的AM技術和其應用：Vat photopolymerization是一種新興的AM技術，利用紫外線或雷射束來固化液态光敏樹脂。與SLM和SLS技術不同，它不需要使用粉末或線材。
這種技術可以列印非常精細的物體，例如微型元件和珠寶，但是速度相對較慢。Binder jetting
是另一種新興的AM技術，它類似于SLS技術，但不需要使用雷射。相反，它使用墨水噴頭來噴灑粉末，并使用粘合劑将粉末固定在一起。然後，零件被放入烤箱中烘幹，以去除多餘的粉末并增加強度。這種技術可以快速列印大量零件，但需要進行後處理。
Material jetting是一種使用噴頭将材料噴射到工作平台上的AM技術。這種技術可以列印多種材料，包括塑膠、橡膠和金屬。它可以列印出非常精細的零件，但速度較慢，成本較高。
Direct energy deposition是一種使用雷射束或電弧來加熱并熔化金屬粉末的AM技術。這種技術可以用于制造大型金屬零件，例如航空發動機部件和船舶部件。然而，這種技術需要高功率的雷射束或電弧，并需要高度專業化的裝置，成本較高。
結論:SLS和MJF是非常有前途的增材制造技術，可以用于制造各種聚合物零件。選擇哪種技術取決于特定的應用需求和優先事項。在選擇之前，需要充分了解這些技術的機制和性能差異，以確定選擇的技術能夠滿足特定的生産需求。
