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长三角G60激光联盟导读
澳大利亚皇家墨尔本理工学院、美国德克萨斯大学及澳大利亚科学技术学院的科研人员综述报道了聚合物部件的多射流熔融(MJF)工艺、性能和机遇的研究。相关论文以“Multi Jet Fusion (MJF) of polymeric components: A review of process, properties and opportunities”为题发表在《Additive Manufacturing》上。
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多射流熔融（MJF）是一种高速粉末床熔融（PBF）工艺，有望彻底改变聚合物增材制造（AM）的生产率。本综述解释了MJF的操作概念，并讨论了粉末原料的特征，包括形貌、流动性、分子量和选择性沉积的液体制剂。将MJF聚合物零件的力学性能与选择性激光烧结（SLS）的部分液态粉末床熔融的力学性能进行了比较，两者具有在半固态下进行粉末床熔融的共同点。报告介绍了MJF在表面质量和尺寸精度方面的可制造性，最后报告了工业应用，展示 MJF在各种工业应用中生产零件的能力。讨论强调了MJF制造聚合物部件的机会，其力学性能可与SLS相媲美，而且在整个AM领域，MJF的生产率最高，能耗最低。关键词：增材制造；多射流熔融；粉末床熔融；粉末特征
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图1.（A）生产PA12聚合物部件的常见AM工艺的能耗。(B, C)聚对苯二甲酸乙二酯（PET）和聚丙烯（PP）在二氧化碳激光照射下的吸收率。
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图2.MJF工艺（A）粉末层沉积，（B）喷墨和药剂分离，（C）红外光作用下的熔融。
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图3.(A)新的MJF(B)再生的MJF。(C)用于SLS的PP粉末的形貌(D)通过傅立叶变换红外光谱记录MJF新鲜粉末和回收粉末（分别为蓝线和红线），PA粉末的形貌。
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图4.PA12晶体在x3500放大倍率下的扫描电镜图，冷却速度分别为(A)1℃/分钟、(B)2℃/分钟、(C)5℃/分钟和(D)10℃/分钟。
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图5.制造块状的三维和横截面图：（A和B）SLS和（C和D）MJF。
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图6.μ-CT图像描述了测试试样“顶部”的孔隙分布：(A) X-Y平面，(B)X45方向和(C) X-Z平面。
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图7.从10毫米厚的MJF和SLS横截面中心捕获到的交叉极化切片，结晶区域显示为白色，孔隙显示为黑色。(A)MJF和(B)SLS未处理样品，(C)MJF和(D)SLS HIP处理样品。
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图8.用MJF制造的压缩测试样品与挤压样品的对比。(F-G）SUS设计和打印部件（H-I）OSS设计和打印部件。(J）Gyroid、（K）原始样品和（L）垂直倾斜样品。
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图9.PA12复合材料的拉伸断裂面，(A)延性破坏，(B)脆性破坏模式。
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图10.MJF复合材料样品与PA12组件的比较。
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图11.制造的翅片附件：（A）底面（B）顶面。平面偏差沿翅片的“Z”轴测量。
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图12.(A)MJF
PA12中的毛细现象(B)阶梯(C)表面下沉(D)热渗入的示例。
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图13.(A)MJF生产的涂有Motip耐热黑漆的PA12模具在生产360个零件后的磨损效果。 (B)打印歧管部件，尺寸为宽度110毫米，直径17毫米，厚度3毫米。(C)通过MJF和不同条件打印的多螺旋弹簧。
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图14.带有新型穿孔蜂巢超材料的MJF-IR/P/PA12固定器。右图可见集成的红色放射治疗靶。
MJF是一种相对较新的AM工艺，它结合了粉末床熔融和粘合剂喷射技术的特点。它使用粘合剂来增加粉末床选定区域的能量吸收，并使用吸收率低的细化剂来抑制邻近粉末床的加热。线性红外热源可扫描整个粉末床。与其他聚合物AM工艺相比，这些特点具有能耗低、制造时间显著缩短的优势。例如，MJF的生产率是SLS工艺的10倍。附加的外部冷却站选项可进一步缩短机器循环时间。尽管生产速度明显加快，但MJF生产的零件质量与SLS工艺不相上下。这体现在零件的尺寸偏差、孔隙率和力学性能上。为了保证质量，在整个制造过程和不同的制造过程中，制造零件的质量和性能必须保持一致。文献中研究最多的MJF材料是PA12，其他材料包括PA11、GF/PA12、PP和TPU。对粉末回收的调查表明，回收粉末的部分材料性能会有所下降。不过，在粉末的新鲜与回收刷新率为 30:70 的情况下，中间材料性能得以保持。一些研究人员观察到，在制造过程中，由于冷却速度降低，结晶、收缩和尺寸偏差都会发生变化。研究表明，热等静压和退火可提高MJF零件的强度和刚度，但同时会损失延展性。在 MJF零件中观察到的尺寸误差可能是由熔池的毛细作用、零件的分层表示所造成的阶梯状、局部收缩造成的表面下沉以及热渗入相邻粉末导致粉末颗粒附着造成的。与其他AM工艺的比较通常以SLS工艺为目标，但也有与MEX、HSS、LAPS或VPP进行比较的。MJF零件的表面粗糙度与SLS相似，底面和垂直面的粗糙度通常高于顶面，但有些研究人员观察到顶面的粗糙度更高。由于MJF是一种新的AM工艺，作者几乎没有报告任何工艺参数，因此关于该工艺的力学性能和可制造性的结论也不尽相同。在比较MJF和SLS时也发现了这一点。一些作者报告说，由于使用了药剂，力学性能更好；相反，另一些作者则报告说，药剂会导致一些缺陷，如气孔。这些相互矛盾的报告结果可能与使用不同的工艺参数和不同比例的制剂有关，而这些在综述作品中几乎没有报道。不过，大多数文献都报道了使用熔融剂和细化剂后获得的优异力学性能。MJF技术的未来发展方向似乎集中在增强其能力和扩大其应用范围上。该技术的持续改进包括引入新材料和改进工艺，这可能会使MJF在可预见的未来继续成为3D打印的首选方法。MJF技术未来的重要工作可能与使用不同的制剂来提高每种聚合物材料特有的尺寸精度有关。MJF生产的长远目标是实现全彩色3D打印功能，这将是该领域的一大进步，并为低成本打印装饰品和玩具提供了可能。这一过程的模拟是研究的沃土，为在开始打印工作前预测材料的热行为提供了可能。MJF技术的另一个发展方向是开发一个预测部件质量的计算模型，为优化设计和扩展该技术的应用奠定基础。惠普公司需要对MJF的工艺参数进行解析，这为进一步研究和开发力学性能、尺寸精度和零件稳定性的优化/操纵提供了绝佳机会。
https://doi.org/10.1016/j.addma.2024.104331![]()
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