MJF vs SLS：塑料粉末床熔融 3D 打印机比较

虽然粉末床熔融 3D 打印技术并非近期发明，却是 3D 打印行业规模最大和增长最快的细分领域之一。对于基于塑料的粉末 3D 打印，最受欢迎的两种打印方法是选择性激光烧结 (SLS) 和多射流熔融 (MJF) 技术。

通过在硬件、软件和材料方面不断创新，3D 打印机制造商正在拓宽 SLS 和 MJF 3D 打印机的潜在应用范围，例如小批量成品部件生产、功能性原型制造、制造辅助设备和替换部件等等。这两种形式的粉末床熔融技术都有其特定的优点和缺点，在进行技术选择时应考虑成本、占用空间、预期应用和体积容量等因素。

在本指南中，我们将讨论每种技术的工作原理、优缺点，以及可以发挥最佳作用的不同应用。

粉末床熔融打印机通常比更普遍的熔融沉积成型 (FDM) 或立体光刻 (SLA) 打印机更大，因此更有能力在每次成型中生产大量部件。粉末床的成型室和自支撑特性支持部件垂直堆叠，甚至可以相互嵌套。借助该功能，SLS 或 MJF 3D 打印机的操作人员能够最大限度地利用构建空间，并尽可能充分地填充整个成型室。无需支撑结构也意味着部件更易于进行后处理，所需的人工操作更少，从而能以更大的规模稳定生产部件。

例如，Formlabs 的 Fuse 系列 SLS 3D 打印机可通过优化的打包算法实现这一功能的自动化，以通过定向部件充分利用整个构建空间。充分填充成型室还会使打包密度与刷新率保持一致，因此所有未烧结的粉末都可以重复使用，进而实现零浪费的打印工作流程。 

总之，粉末床熔融 3D 打印与充分填充的成型室可以通过以下方式降低单件成本：

• 通过更少的成型次数生产更多的部件、提高整体效率以及减少人工操作时间。

• 优化未烧结粉末的用量，从而最大限度减少甚至完全消除浪费。

SLS 和 MJF 打印技术中使用的主要材料是尼龙，这是一种用于功能性原型制造和成品生产的高性能工程热塑性塑料，在现代工业和消费品行业均有广泛应用。尼龙具有抗紫外线、耐光照、耐热、耐潮湿、耐溶剂腐蚀、耐高温和防水的特性。3D 打印的尼龙部件还具有生物相容性和不致敏性，这意味着它在许多场合都可以接触皮肤和安全使用。

尽管许多将部件外包给合同制造商或服务中心的企业可能并不了解 SLS 和 MJF 技术之间的区别，但他们熟悉这种材料，这意味着对于这些企业来说，采用粉末 3D 打印技术比大多数其他工艺更容易。

SLS 3D 打印技术是第一种粉末床 3D 打印技术，几十年来该技术一直都是工程师和制造商的热门选择。1982 年，美国德克萨斯大学奥斯汀分校的一组研究人员发明了 SLS 技术，在该技术中，高功率激光从上方烧结薄层粉末，并形成所需几何形状的固体横截面。在完成每层烧结后，随着打印平台下降，打印机将在成型室顶部铺设另一薄层粉末，从而构建下一层。这种激光粉末床熔融方法因其单件成本低、体积容量大、材料熟悉而吸引了众多制造商、工程师和产品设计师。

工业级 SLS 打印机已经出现了数十年，一直被用作另一种重型机械或制造设备，虽然在其预期用途中有出色表现，但只适用于拥有足够空间、资金充足和专门操作人员的大型机构。 

诸如 EOS 或 3D Systems 等制造商在设计这些系统时，只考虑到非常具体的客户群体。他们的客户每年在机器、服务和维护方面花费数十万（甚至数百万），并拥有可提供支持的仓库和基础设施。仅仅因为无力承担粉末 3D 打印解决方案的相关费用，初创企业、小型企业或个体无法成为他们的客户。 

近年来，制造商一直在努力打造更小规模、价格更低的 SLS 3D 打印解决方案，而这是仅支持大幅面选项的 MJF 技术所无法实现的。 

Formlabs Fuse 1 打印机是第一台立式 SLS 3D 打印机，它能够制造出工业级部件，且部件质量可媲美传统 SLS 系统等昂贵解决方案所生产的部件。Fuse 1（18999 美元）和新一代 Fuse 1+ 30W（27999 美元）的占用空间不到 EOS 入门级机器的一半，其工作流程精简，价格合理，可帮助数百家中小型制造商将 SLS 引入内部，同时为大型制造商在增加机器容量和分散生产方面提供了支持。

多射流熔融 3D 打印是一种粉末床熔融增材制造工艺，可使用与 SLS 略有不同的工艺来生产与之类似的部件。在部件成型过程中，打印机可将液态粘合剂从许多小喷嘴喷射到粉末床上，使粉末处于半固态，然后通过加热完成这一过程。此后，红外热源会对半固态的十字形状进行固化，随后再沉积另一层粉末，并重复上述过程。该工艺由惠普公司 (HP) 于 2016 年发明，目前仍是该品牌的专利技术。

多射流熔融打印机通常被视为可与 SLS 3D 打印机交替使用，在企业将 3D 打印部件外包给服务中心的情况下尤其如此。这些服务中心将提供多种类型的 3D 打印技术，但通常不区分两种不同类型的粉末床熔融打印部件，因为这两种工艺的最终部件性能十分相似。

与 SLS 3D 打印机一样，MJF 部件不需要支撑结构，因此提供了更大的设计自由度，并且无需其他 3D 打印工艺所必需的复杂后处理步骤。液态粘结剂和热量相结合制作的部件，具有与激光烧结部件几乎相同的机械性能，并且这些部件也大都具有各向同性。

HP 仍然持有 MJF 3D 打印技术的专利，所以市场上唯一的 MJF 打印机是 HP 的产品－Multi Jet Fusion 3D 系列。此外 HP 还掌控着操作打印机所需的专有软件。HP 3D 打印机的价格从大约 34 万美元到 50 多万美元不等，尽管这些设备可以制造出高精度的部件，但与传统的 SLS 3D 打印解决方案类似，客户需要在成本、时间、持续维护和基础设施方面加大相关的投入。HP MJF 3D 打印机常用于服务中心、财富 500 强企业的大型内部增材制造实验室，由于具有多色彩功能，该设备经常被纳入到医疗保健中心的先进制造计划中。HP 曾为设计师和产品开发团队提供了一款尺寸更小的 MJF 3D 打印机，但该产品已于近期停产。

SLS 和 MJF 打印机的工作流程非常相似；粉末必须在受控的环境中保存，并用随附的硬件和工具进行后处理，而且对大多数打印机来说，均可将回收粉末用于新的打印。 

传统的 SLS 打印机和 HP MJF 3D 打印机都需要针对初始设置进行多天密集的培训，以便公司技术人员可以指导用户执行必要的工作流程和维护步骤。传统的工业级 SLS 和 MJF 打印机在每次打印之间都需要持续执行维护步骤，因此所有操作人员都必须接受针对特定机器的培训。对大多数大型企业来说，将他们的 3D 打印机与其他几台先进设备放置在同一制造环境中，并不会产生额外成本。对医疗保健行业、小型企业和教育机构而言，聘用训练有素的操作人员就是额外的成本。 

相比之下，Fuse 系列 SLS 打印机是“即插即用”的，在开始第一次打印前，只需在一到两个小时内完成简单的设置即可，且如果愿意，也可对操作人员进行线上培训。中小型企业可在没有全职技术人员或操作人员的情况下添置 Fuse 系列打印机，这是因为其具有后处理流程精简、PreForm 中的预打印设置直观易用、日常维护任务少以及占用空间小等优点。产品设计师可以每天执行打印和后处理任务，同时保证其正常工作流程不受影响。

尽管与大多数刷新率为 30% 的 SLS 打印机相比，HP 打印机的纸面刷新率数据略好一些——大约需要 20% 的新粉末，但 HP 打印机的打包密度可能要低得多——仅为 10% 左右。较低的打包密度会导致随后需回收的未用粉末量增加。尽管刷新率较为出色 (20%)，但与能够使用高打包密度打印的 SLS 打印机相比，其剩余的未使用粉末仍然较多。 

SLS 打印机能够实现零浪费打印工作流程，其中所有购买的粉末都将在打印过程中用尽，同时该打印机可利用最佳打包密度并创造最佳的打印环境。在使用 HP Jet Fusion 系列打印机时，用户被动丢弃的粉末量将与用于制作部件所需的粉末量相同。

SLS 和 MJF 3D 打印机均被宣传为生产级设备，其打印速度快且成型体积大，每次运行可以生产数百个部件。HP 的 MJF 打印机和传统的 SLS 系统都有很大的成型体积，但 HP Multi Jet Fusion 打印机的打印速度要大于 SLS 打印机，原因是喷射粘合剂和红外热曝光每层所花费的时间要少于 SLS 3D 打印机的激光扫描时间。 

然而，对大型的 SLS 和 MJF 打印机来说，打印过程中产生的持续高温需要更长的时间方可冷却，这一过程最高长达 48 小时。HP 为成型室配备了制冷功能，可有效加快冷却，但也增加了占用空间和成本。总的来说，这意味着 MJF 打印机通常要比大型 SLS 打印机具有更高的产量。Fuse 1+ 30W 等较为紧凑的 SLS 打印机具有更小的成型体积，这导致实现完整成型所需的冷却时间更短（仅为 14 小时），这使得用户能够比 MJF 和大型 SLS 客户更快地完成成品部件。

此外，可扩展性也是一个重要的方面；企业可用购买一台 HP Jet Fusion 4200 的资金来购买八套完整的 Fuse 1+ 30W 打印机解决方案，从而获得相当规模的产量。Fuse 1+ 30W 的打印速度经优化后，产量可达上一代型号的两倍。大多数制造商并不会只使用一种材料制作产品，因此在考虑产量时，也应该考虑使用多种材料进行打印的能力。

传统的 SLS 和 MJF 打印机需要搭载以下三类产品：成型室、打印机插入件以及后处理站。这三部分组合在一起就占据了大量空间，还需要用到多个电源。Fuse 系列等紧凑型 SLS 打印机，辅以一体式粉末再利用、清洗、回收站 Fuse Sift，可实现高效、精简的工作流程。Fuse 系列打印机无需专门布线，且可以使用标准的交流电源插座。 

MJF 打印机在彩色 3D 打印领域有很大的优势，且无需用到打印后处理步骤。喷射的粘合剂可以是一种颜色，也可以是多种颜色。在 SLS 用户必须上漆、染色或在部件上镀上有色金属以获得彩色表面时，MJF 用户可以将他们的配色方案直接嵌入软件中。在医疗保健行业，全彩部件具有很大的价值，因为医疗专业人员十分重视在不产生额外劳动量的情况下制作多色解剖模型的能力。 

然而，只有在较为昂贵的系统上才有可能生产全彩部件，大多数 HP 打印机的打印部件均为浅灰色，并且需要采取与 SLS 部件相同的上漆和染色步骤。此外，全彩打印提供的后处理选项有限。因此，粉末 3D 打印机的客户通常选择先完成部件，然后根据最终部件的要求进行上色。

在向服务中心申请制作部件、成品时，无论是使用 SLS 还是 MJF 打印机，部件质量几乎是一样的。对于一次性部件或是初创企业制作的首款产品，服务中心都是出色的选择，在这种情况下，SLS 和 MJF 打印机之间的差异并不重要。然而，在达到一定生产规模的情况下，将粉末床熔融 3D 打印机引入内部会更具有成本效益。 

在比较技术规格（材料、基础设施要求）之前，每个用户都必须先考虑初始投资成本。SLS 和 MJF 打印机使用了略有不同的技术，具有不同的尺寸，并支持不同的材料库，但到目前为止，最大的区别是采购价格。 

大多数中小型企业无力负担初始投资高达 34 万美元的 MJF 打印，更不用说持续的运营和服务合同成本，因此这些机器的目标市场仅限于拥有大批量可预测 3D 打印需求的大型制造商和服务中心。

SLS 比 MJF 有更多的选择，而且工业系统之间的打印质量具有可比性，因此对于更多的企业来说，SLS 在运营预算范围内的选择更多。一旦确定了预算，则彩色打印、材料可用性、工作流程和占用空间等因素的重要性就开始凸显出来。例如 Fuse 1+ 30W 等更为紧凑的 SLS 打印机，比较适合较为紧张的预算。与外包成本相比，大多数企业只需几个月就能实现购买资金回本。 

为了确定 Fuse 系列打印机是否适合您的应用，请索取使用四种高性能材料打印的免费样品部件，或立即咨询 SLS 专家。