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可实现全彩的3D打印技术

PolyJet技术是一种能够实现全彩3D打印的技术，可打印材料为光敏树脂。PolyJet最初由以色列Objet公司于2000年推出，经过十几年的迭代创新，如今已被医疗、原型验证等领域广泛应用。

我在Stratasys南亚总部，见到了利用PolyJet技术打印完成的3D打印像素墙，效果相当惊艳。

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其实，利用光敏树脂材料在光照射下固化成型的3D打印技术，其主要包括三种技术路线：

其一是美国3D Systems开发并实现商业化的光固化成型技术（SLA）；

其二是德国envision TEC公司基于数字光处理的基础上开发的DLP技术；

其三则是由以色列Objet公司（现已被Stratasys收购）开发的聚合物喷射技术（PolyJet）。

三种技术路线的区别（材料都是光敏树脂）：

这三种技术的打印材料虽然都是利用光敏树脂，但打印过程却大有不同。在工业级SLA打印过程中， 紫外光照射到液态成型缸里的树脂材料表面来完成固化。打印结束后，平台升起，取出模型。

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SLA

PolyJet技术则是在工作台上精准地喷上一层超薄的光敏树脂，然后紫外光进行固化。PolyJet技术没有采用高功率的激光束，而是通过喷头将材料喷射出来。

你看，同样是光敏树脂，PolyJet更类似FDM的打印方式，与FDM有着异曲同工之妙。值得一提的是，Stratasys公司是FDM技术的发明者。

打印流程：

① 喷头沿X/Y轴方向运动，光敏树脂喷射在工作台上，同时UV紫外光灯沿着喷头运动方向发射紫外光对工作台上的光敏树脂进行固化，完成一层打印；

② 之后工作台沿Z轴下降一个层厚，装置重复上述过程，完成下一层的打印；

③ 重复前述过程，直至工件打印完成。

④ 去除支撑结构。

PolyJet打印过程

对比SLA打印技术，PolyJet使用的激光光斑在0.06-0.10毫米，打印精度远高于SLA。PolyJet可以使用多喷头，在打印光敏树脂的同时，可以使用水溶性或热熔型支撑材料。而SLA/DLP的打印材料与支撑材料来源于同一种光敏树脂。

多喷头实现全彩打印

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多种材料的打印

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因为PolyJet是多个打印头喷射成型，所以可以同时选取多种不同材料，从而实现数字化全彩打印。Stratasys有一款设备，叫做STRATASYS J750，它是通过三原色（红，黄，蓝）树脂材料的混合，来实现三十多万种颜色的打印。我了解到在市场上这也是Stratasys在PolyJet技术系列最畅销的一款设备。

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PolyJet优缺点

【Polyjet技术的优点】

• 打印精度高。高达14μm的层分辨率和36万色真彩色。

• 清洁。适合于办公室环境。

• 打印速度快，无需二次固化。

• 用途广。由于打印材料品种多样，可适用于不同几何形状、机械性能及颜色的部件。

【Polyjet技术的缺点】

• 需要支撑结构。

• 耗材成本相对较高。尽管与SLA一样均使用光敏树脂作为耗材，但价格比SLA高。

• 成型件强度较低。PolyJet需要特别研发的光敏树脂，成型后的工件强度、耐久性都不是太高，因此更适合检验产品设计外观和结构的客户。

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PolyJet应用

PolyJet 3D打印技术能够打印多种材料，在我能查到的资料中，发现主要包括数字ABS、透明材料、不透明材料、高温材料、类聚丙烯材料、类橡胶材料、生物相容性材料七大类。

由于其具有快速加工和原型制造的诸多优势，甚至能快速、高精度地生成具有卓越的精致细节、表面平滑的最终用途零件。因此PolyJet技术应用广泛，在航空航天、汽车、建筑、军工、商业品、消费品、医疗等行业具有很好的应用前景。

消费品

PolyJet技术能够加快设计周期，简化了复杂的工作流程。在短短数小时内完成从设计到原型制作，而不是几天。

韩国 Innodesign 公司利用 Stratasys J750 全彩多材料技术设计的厨房用具原型。

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模具

施耐德公司用PolyJet技术来开发产品、制造原型以及工业化，用3D打印注塑模具代替铝模进行小批量生产，成本缩减了90%，从1000欧元降到了100欧元。

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夹具及固定装置

PolyJet技术能够生产小批量制造工具、夹具和装配工具。

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医疗

医疗是PolyJet技术最具有广泛应用前景的领域。马来西亚马来亚大学生物医学和技术集成中心（CBMTI）利用彩色多材料3D打印技术制作的医学模型，用于手术规划和培训。

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其中一个著名案例，就是利用3D打印的仿真鼻，来进行手术演练。全彩的模型能够使得医生在模拟真实的手术中进行操作，大大增强了医生的信心，尽早发现术中问题，同时可规避一些潜在风险，提高手术成功率。

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在另外一个案例中，儿童医院的医生使用3D 模型改进医疗效果，柔性材料的应用用于手术培训和仿真演练。

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随着技术的发展，PolyJet技术也在不断更新迭代。

2017年11月的德国Formnext展会上，Stratasys发布了一款新软件，提出了“体素”概念。什么意思呢？它可以对产品的整个设计和3D打印过程实现体素（最小构建单元）级别的控制，从而令产品获得前所未有的优秀属性和效果，比如颜色渐变。

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图片来源：中关村在线

我们可以看到，PolyJet技术因为其具有快速加工和原型制造的诸多优势，具有很好的应用前景。然而有人认为，这种技术成本高居不下，仅仅适用于高端行业，很难有应用普及的空间。

至少在3D智慧湾看来，我的态度是乐观的，因为当技术和材料发展到一定程度时，产品的生产端将无限接近客户需求端，人们的个性化需求当持续释放。尽管目前还很难预测这一过程需要多久，但这并不妨碍我们设想未来大规模定制时代会是怎样一种场景。