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精選評測
2022/10/27
HSS、SLS、MJF大比併！哪種3D列印技術是最好？
雖然高速燒結(HSS)、多射流融合(MJF)和選擇性雷射燒結(SLS)看起來都生產出相似的列印品，但有工程團隊落實比較voxeljet的HSS技術、HP(惠普)的MJF和SLS技術，直接呈現HSS、MJF、SLS的工作原理和區別！
想了解粉末3D列印的成本和製造的標準嗎？HSS、SLS和MJF的必看比併影片！
簡述高速燒結(HSS)、多射流融合(MJF)和選擇性雷射燒結(SLS)
高速燒結(HSS)在2000年代初發明，這是一種類似黏合劑噴射的粉末3D列印技術，以列印迅速和大型零件生產能力而聞名。HSS技術是voxeljet公司的代表作，voxeljet在2017年推出第一台HSS 3D列印機後，陸續推出多款HSS 3D列印機。
多射流融合(MJF)是HP(惠普)最新推出的粉末3D列印技術，為功能模型和終端生產提供工程級的零件，常應用於汽車和消費品等行業中，詳情可點擊 《HP(惠普)金屬粉末射出成型3D列印機，技術規格懶人包》
HSS和MJF都以噴墨為其技術原理，而選擇性雷射燒結(SLS)是雷射粉末熔合的技術，利用高功率雷射束和掃描系統，在粉末床中製造3D列印零件。
voxeljet VX1000 HSS
噴墨之戰：HSS vs MJF
HSS是先在加熱的建構平台上塗抹一層薄薄的聚合物粉末，以噴墨列印頭噴射出對紅外光有反應的墨水，當粉末床曝露在紅外光下，注入墨水的粉末會吸收熱能，並燒結、熔化成固體層，隨著建構平台的移動，逐步沉積出一層層新的粉末，直至完成3D列印零件。
MJF在很多方面都與HSS相似，MJF把吸收輻射的流體(又稱融合劑)噴射到粉末床上，然後使用紅外燈照射建構區域，再將浸入黏合劑的部分熔化。
這兩種技術區別在於使用的流體數量，HSS不需要第二種冷卻劑，因為voxeljet的3D列印機可以獨立控制結合和未結合的粉末溫度。
另外，MJF擁有1200dpi的解析度，而HSS僅支援360dpi，但決定零件的解析度始終要看粉末的粒度，例如高速鋼液滴稍微大於單個聚合物顆粒(通常約為55微米寬)，能夠完全覆蓋顆粒之間的交叉點，這對於燒結的工序尤其重要。
HSS和MJF的解析度比較
HSS、SLS、MJF的材料
關於3D列印的開源方式，HSS和MJF也大不相同，voxeljet的客戶能夠自由地使用所有技術參數，根據材料來調整建構系統，兼容的聚合物也非常多，包括 PA12、TPU和PP，大大節省成本。相比之下，HP(惠普)的MJF 3D列印機僅能處理PA12、PA11和PP。
SLS可與各種聚合物粉末兼容，包括PA6、PA11、PA12、TPU、PP、PAEK、PEEK等，也相當多元。
MJF 3D列印機的建構室
機械性能︰HSS vs MJF vs SLS
研究人員根據ISO 527標准進行3D列印PA12測試。為了確定哪種聚合物的列印技術可產出最堅固的零件，他們先查看零件在斷裂前可以承受的最大拉力，也就是平均的極限拉伸強度(UTS)，最高的是SLS(45.17MPa)，其次是MJF(43.10MPa)，最後是HSS(40.60MPa)。
接下來是拉伸剛度的測試，數值愈高就代表零件會在較硬的地方略微變形，而較低的數值則代表零件的彈性較大。HSS生產出最堅硬的零件數值(1.82GPa)，其次是SLS(1.73GPa)和MJF(1.43GPa)。
最後，研究人員測試零件在斷裂前的拉伸度，也就是延展性。有趣的是，在XY平面上，列印延展性最強的零件是SLS(17.53%)，其次是MJF(16.87%)和 HSS(8.88%)；然而在Z平面上，MJF的延展性最高（14.40%），其次是SLS(9.32%)和HSS(6.36%)。
尺寸精度︰HSS vs MJF vs SLS
研究人員對四種不同的幾何形狀零件進行了計量掃描，然後把零件掃描與原始STL檔進行比較，從而計算每種技術出來的列印精度。結果，HSS的平均不精確度為0.0527毫米，而MJF則為0.0603毫米。
然而，僅靠平均值並不能說明狀況，因為從尺寸誤差的標準偏差值來看，SLS具最高的擴散度，為0.1232毫米，MJF是0.1074毫米，而HSS的掃描誤差分佈最小，僅為0.0925毫米。因此，雖然SLS列印零件的尺寸會更真實，但實際上是HSS提供最大的一致性和可重複性。
絕大多數的HSS和MJF零件尺寸都小於預期值，可歸因於這些3D列印方法的固有加熱步驟，因為使用紅外光燒結和熔合，可增加零件的密度和強度，但這樣也會使零件縮小，所以最好在列印準備期間，縮放堆積的尺寸來抵消這樣的狀況。
計量測試結果
對工業零件進行基準測試
研究人員以HSS、SLS和MJF技術，使用PA12來3D列印不同的工業零件，結果發現SLS技術能夠實現最光滑的表面，MJF零件是唯一有層線的零件，HSS的表面效果則介乎SLS和MJF之間。
在3D列印的基準模型中，HSS擁有最精細的幾何凹槽和最清晰的字跡，這些關於細節的解析度，證明晶粒尺寸比dpi更重要。
有趣的是，MJF和SLS的孔洞被列印成真正的圓形，反而HSS的則更接近橢圓形，但HSS的邊緣和邊角都列印完美，相比起來，SLS和MJF的明顯比較鈍。
定價和應用
研究人員選擇尼龍PA12作為材料，對HSS、MJF和SLS進行價格比較。HSS最具成本效益，平均零件的價格為15.82歐元；其次是MJF，平均零件的成本為23.89歐元；SLS的成本效益最低，平均成本為27.50歐元。
在應用方面，HSS和MJF適用於汽車和消費品等行業，包括電子外殼、連接器、支架、蓋子、接線夾和管道等。雖然SLS的價格更高，但適用於更高強度的零件。
結論
那麼我們應該選擇哪種3D列印技術？答案是：視情況而定。
在零件強度方面，HSS和MJF等噴墨技術沒法打敗SLS，但如果你的預算有限，且相關零件不必承受極端的負載，那麼HSS應該比較適合你。
在高剛度零件方面，MJF提供更大的延展性和彈性，若零件需要彎曲和柔韌性的話，可使用MJF，其次可選擇HSS。
在尺寸精度方面，SLS勝過MJF和HSS這兩種噴墨技術，但HSS具最大的可重複性，但其實也取決於應用方式，以生產案例來看，可重複性對於確保產品的可靠性和品質是非常重要的。
最後，研究人員建議在選擇任何一種3D列印技術之前，必須先對特定零件和應用的成本、交貨時間、材料選擇和機械性能等，進行全面的評估。
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