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HP与Stratasys : 全彩3D打印 , 谁更具优势


在我们深入研究之前,先讨论下彩色3D打印的市场现状。目前市场上有多种工艺类型的彩色3D打印机,从FDM、LOM、3DP、树脂喷射到新诞生的尼龙烧结技术,彩色打印的质量不断获得突破,功能性越来越强。

其中,Stratasys凭借其强大的J750已经惊艳市场多时,HP的尼龙彩色打印也是呼之欲出,两家公司无疑成为这个时代下最受关注的焦点,那么这两种最负盛名的彩色打印技术,又有怎样的竞争差异呢,接下来我们进行对比分析。

技术的独特之处


1. Stratasys Polyjet工艺

Stratasys Polyjet工艺是一种具有极佳分辨率、高端但且昂贵的工艺,它通过树脂喷射配合紫外光固化实现成型,能够生成非常精细光滑的表面、复杂的细节和鲜艳的色彩。该技术的诞生将人们对3D打印的认知提升到很高的层次,在此我们也应该致敬以色列人高超的智慧。

出色的细节和色彩展现能力还不是该工艺的全部,以J750为代表的先进树脂喷射技术将以前需要多系统完成的一系列应用,全部汇合到包含多种颜色和材料特性的成套产品中,包括从刚性到柔性、不透明到透明等,在一次作业或部件打印时可实现多种不同材料同步成型,从而为实现多种场景的应用提供了可能。

然而,几乎所有树脂打印都难以避免添加支撑材料,Polyjet技术也是如此,支撑的存在通常会增加打印成本并且有时难以去除。


2. HP MJF工艺

惠普的尼龙打印技术区别于传统上的激光烧结,它采用类似3DP喷墨的形式实现材料的熔融结合,这因此也为材料赋予颜色提供了可能。说的更直白点,它有些类似3D Systems的Projet 660,但真正的区别在于,惠普第一次为彩色打印部件赋予了功能性。

尼龙彩色打印的外观相对粗糙,但好在它具备了良好的强度和韧性,而且在三个方向上力学性能较为均等,对于需要生产工程级、全彩色、高质量、功能性甚至最终使用部件的客户,这是理想之选,而且配合机器产能,可以满足小批量的功能件生产。

相对于Polyjet工艺的多材料成型,目前HP还只有尼龙一种成型材料,好在该工艺无需添加支撑,也几乎不需要后处理。但它同样存在缺点,尼龙打印面临材料重复利用率问题的问题,在保证性能的情况下可能会造成一定的材料浪费。


材料与性能

接下来,我们对以上两种工艺可成型材料的性能进行展示:

Polyjet工艺可成型材料性能数据

MJF非全彩和全彩打印机PA12性能数据

3D systems彩色打印材料性能

 

Polyjet工艺的可成型树脂多达9类,我们此处仅对有代表性的几种进行展示,不得不惊叹它的成型能力和丰富的功能性,但其实这并不意味着用户能够将其能力开发彻底。除了专门的服务商,绝大多数应用端可能仅能使用到它的一部分功能和有限的几种材料。从这个角度来讲,惠普目前专一的材料就显得更有针对性(但这并不意味着这款设备只能成型PA12),3D systems的材料性能就不说了。成型能力的不同也带来了两者在设备价格和制造成本上的极大不同。

价格:设备、材料与服务

当前,J750的市场报价达370万,服务价格为每克7元左右;HP 500系列彩色打印机的市场报价为150万,服务价格为每克6-8元。

J750自推出以来在色彩准确性和细节表现方面一直无出其右,基于其强大的功能,这款设备成为塑料打印界最为昂贵的设备。除此之外,设备的运行费用也是价格不菲,目前每公斤喷射树脂的价格达到2500元左右,按照材料的单桶规格、基色组成、支撑材料计算,维持全彩打印的材料成本达到8万元左右。更关键的是这些材料上面会有电子的时间标识,过期会作废。所以,如若没有足够的服务订单,问题就会很棘手,而对于企业内部使用的情况,也须具有足够多的任务量才能体现其价值。总的来说,J750是一款昂贵的打印机。

如前面所讲,HP的彩色打印能力要比stratasys略逊一筹,但同时体现了巨大的价格优势。实际上,在满足特定实际使用的情况下(不需要足够的光滑、不需要透明色、不需要材料的多样性等等),HP打印机则更具性价比。笔者计算了一下打印材料、各种助剂的开机运行成本,大概是13260元,相比前者来说,成本就低了很多(有兴趣的读者可以交流材料价格和计算方式)。

目前对J750的使用,除非是有雄厚的资金支持或者订单量,否者真的用不起,而这样的单位往往也不会依赖它来做服务。随着HP 500系列逐渐开放彩色打印能力,两种全彩3D打印方案应该如何选择呢?


看具体应用场景,也看量

Stratasys的 polyjet工艺采用液体树脂作为打印材料,在外观上光滑精细,适合做外观样件。惠普的彩色打印相比来说更加突出尼龙材料的机械性能,适合做功能件。但无论哪种应用,还是得具体到实际场景中才能对比出哪种更适合。

以手术规划为例,透明树脂的打印工艺可以给医生直观的感受,更好地做好手术模拟,这是其他任何打印工艺都无法做到的,尼龙的彩色打印在此方面没有任何优势;但如果要给医学院的学生上一堂关于心脏手术的课程,让这堂课的20个学生人手一个心脏模型,那尼龙打印便体现出了经济性,接下来我们按照供应商的报价进行介绍。

目前无论选择哪种工艺,还是会按照重量去报价。如果选择J750制造上图中的这颗心脏,在采用纯白色树脂的情况下,单颗心脏的报价是600元,做20颗报价11000元,而且支撑不好去除,倘若做成彩色(笔者找不到彩心,供应商无法报价),价格还要高;如果采用惠普的580做这颗心脏(惠普工程师对其进行了上色),单颗的报价会上千,但如果做20颗,那总报价是3700元。这便是具体使用场景下的具体实例,总之,你要一颗,那么J750不仅可以做到不贵,而且细节、色彩、穿透力都没问题,你应该选择它;但如果你要小批量,惠普的彩色方案便更加适合你。

至于为什么会出现上面的报价情况,笔者认为树脂打印过程消耗的是固定的材料,做1个和做20个并不会造成过多材料的消耗,价格可以实现累加;而尼龙则不一样,它每铺一层粉便会造成粉末材料的受热性损耗,单独做一个的材料成本也就增加,但若同时制造多个便可以忽略材料的损失情况,更关键的是它可以上下堆叠几层,也无需支撑,这对于批量制造是有益的。因此也可以说,对于购买了设备的用户,你需要在单次打印中把零件布满,才能减少浪费。其实采用尼龙打印的服务商也肯定会这样做,这对于仅需求一件产品的用户也是有优势的,如果你不严格要求细节,惠普彩色方案仍然是较为经济性的选择。

此外,对于一些具体的应用领域来讲也是各有千秋。尼龙彩色方案可以使以前非黑即白的3D打印尼龙服装变得丰富多彩,也可以制作空心、轻量、高强度的沙盘模型,这些应用会对3D Systems的石膏打印带来挑战,同时又是树脂彩色方案难以实现的。

结尾

无论对于Stratasys还是惠普,全彩色3D打印技术如何被用做最终用途产品、如何能被工业采用,目前看来谁也说不清。有时候设备开发出来,功能很强大但找不到应用就会显得很鸡肋。那样昂贵的设备,集成度那么高,体现的价值可能很有限。事实上,无论服务商还是设备商,都在努力的寻找应用。

很少有人将这两家公司放在一起比较,现在看来它们有不少业务重合的地方:他们都有强大的彩色成型方案,金属成型工艺也非常类似,在聚合物成型方面都独树一帜,这种模式也让3D打印的市场格局丰富多彩起来。

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