粘结剂喷射3D打印：高DPI并不意味高精度，五个因素是关键

2021年7月5日

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粘结剂喷射领域最大的误解之一与一个看似简单的指标有关：dpi，或每英寸点数。顾名思义，dpi 是一种实际测量值，可准确表示打印头每英寸可以产生多少墨滴。更高的 dpi 值等同于更高的最终零件精度和表面分辨率，这种假设是 3D 打印领域中一个常见的误解——而这种观点错误的程度跟聚合物打印领域的一种错误观点类似：更低的粉末层厚度可产生更高的质量。而这一参数实际并非唯一影响因素。本文内容来自ExOne，由武汉易制科技编译。在本文中，粘结剂喷射领域的世界领先专家、ExOne 技术研究员 Dan Brunermer将详细介绍影响粘结剂喷射技术成型质量的因素。Dan从 2001 年开始从事该技术，他开发了ExOne早期的金属粘结剂喷射系统 R2，该系统至今仍在生产中使用。

粘结剂喷射3D打印：高DPI并不意味高精度，五个因素是关键

影响因素一：粉末

第一个影响因素是粉末，如果没有粉末来保持 dpi 的真实性，那么 dpi 也并没有意义。与在纸上打印不同，粘结剂喷射系统中的打印头是在金属、沙或其他陶瓷粉状材料上进行打印，这些粉末并不都是大小相同的完美球形。

从微观上看，粉末颗粒的形状各不相同，包括圆形或球形、非球形（包括有角和多面颗粒）。更重要的是，粉末颗粒并不都是相同的大小。粉末粒径通常由 D50 表示，如对于D50 为22 μm的粉末，其中一半粉末直径高于这个值，另一半粉末则低于这个值。

更重要的是，当把一袋粉末放进机器时，粉末会自行排列，这种方式就像一堆大小不同的弹珠放在玻璃杯里，小弹珠挤进大弹珠之间的孔隙。确切地说，这是一个混合体。

粘结剂喷射3D打印：高DPI并不意味高精度，五个因素是关键

粘结剂喷射中打印头的目的听起来很简单：用足够的能量将足够的粘结剂喷射在颗粒上，使它们在X、Y和Z方向上完全湿润或饱和，这样它们就能在需要的地方精确地结合相邻的粒子。

在微观层面上，这意味着粘结剂必须撞击粉末颗粒，并基本上用流体单独包围每个颗粒，这样它就会粘在相邻的粒子上。根据粉末种类，打印头可能还需要适配一定范围的粘结剂粘度，有些粉末适合低粘度的粘结剂，有些则适合高粘度粘结剂。

1200dpi打印头是目前工业打印头中使用频率最高的打印头之一，它的每一个液滴相当于 21.17 μm，大约是人类头发横截面的一半。如果使用1200 dpi的打印头将粘结剂打印到 D50 为 30 μm 的金属粉末床上，粘结剂在碰到粉末颗粒时，能否保持 1200 dpi 的公差？

实际并非如此，这是因为一半的粉末颗粒直径实际上比喷射在它们上面的液滴还要大。在这种情况下，dpi精度再高，也没有用。

影响因素二：粉层厚度

如果继续使用 1200 dpi 的喷头，同时将材料换成更细的金属粉末，如D50 为 9 μm、最大粒径约为14 μm时，理论上所有粉末颗粒的直径均远低于 21.7 μm的粘结剂液滴尺寸。此时，如果将粉末层厚度设置为常规的50μm，1200 dpi 的精度又能否可以保证呢？

在 X 和 Y 方向，基本可以得到保证（稍后详细介绍）。但在 Z 方向，dpi 无法保持——因为 50 μm的层相当于 508 dpi。要在垂直方向保持 1200 dpi，则需要 21.7 μm或更小的层厚度，这会使需要打印的层数增加一倍。

粘结剂喷射3D打印：高DPI并不意味高精度，五个因素是关键

最终，这也会使工作速度降低50%以上，因为打印头必须跑两次以上才能达到与50微米层相同的高度。

因此，如果采用合理的速度和层厚打印，1200 dpi分辨率的打印头并不会被采用。

影响因素三：粉层压实

进一步的，假设采用合适尺寸的粉末和层厚，来保证 1200 dpi 的真实性。

在打印过程中，必须确保每个粉末层在整个粉床上都很一致，且压实水平很高。通常情况下，粉末颗粒越细，团聚想象就会越严重，越难以铺展均匀。对于适配1200 dpi的粉末颗粒，可以采用D50 为 9 μm的粉末颗粒，其在铺粉过程中则存在困难。它需要一个高度工程化的粉末管理系统，具有极高的精度和控制力来分配、铺平和压实超细粉末，以获得所需要的的 dpi。

无论粉末大小如何，这对于保持 X、Y 和 Z 方向的 dpi 至关重要。