其成形过程是:用外力迫使成形材料以液滴(或液流)的形式从喷头容腔的小孔喷射至基体材料上,形成二维图(形)文(字)、点阵或三维实体。
按照喷射液滴的状态,液滴喷射的方式可分为连续式和按需式两种。当控制器发出喷射信号后,连续式液滴喷射系统的喷头能不断地喷射出液滴,形成液滴串;根据欲打印的图形,当不需要有液滴时,喷头出口处的电极会使液滴带上电荷,并在电场中偏转液滴使其进入收集槽中;而对于打印图形需要的液滴,则不加电荷或不加偏转电场,液滴则可直接飞出,落到打印对象上。这样,在喷头连续产生液滴的情况下,只要控制充电电极或偏转电场,就能够实现图形的打印。
连续式液滴喷射能生产高速液滴,效率高。此外,连续式液滴喷射能使用多种溶液材料,易于实现彩色打印,其工作的速度比按需式喷射快得多。连续式液滴喷射的缺点是墨水消耗较大,需要设置墨水回收过滤系统,否则容易造成墨水的污染并堵塞喷头。此外,连续液滴喷射模式的喷头结构比较复杂,可控性较差,且价格较高。
按需喷射系统的喷头只在图形需要液滴时喷射出所需的液滴。但由于喷射过程细微的变化,主液滴往往可能伴随有尾液滴或若干分裂的卫星液滴,因此,按需喷射对喷头结构及其驱动方式的设计和制造,驱动信号的调节都有较高的要求。因此研发和产业化生产的难度较大。但与连续式喷射相比,它结构简单,成本低,可靠性高。但受到喷射惯性等因素的影响,液滴喷射的速度较低。在按需式喷射中,一般采用多喷嘴喷射的方法来提高打印速度和打印分辨率。按需式喷射主要有微压电式和热气泡式两大类。
基于液滴喷射的3D打印技术主要有黏接剂喷射和材料喷射两种主要形式,而对于金属增材制造(3D打印)则需采用熔滴喷射技术。基于金属按需喷射的金属材料3D打印技术原理:金属材料在坩埚中熔化并保持液体状态,坩埚下端有微滴喷射器不断产生尺寸均匀的金属熔滴,精准地控制这些均匀熔滴在运动平台上进行逐点、逐行、逐层的堆积,以成形出三维实体金属零件。此外,金属熔滴的产生还可以利用电弧、等离子或激光等集中热源熔化金属丝或粉末的方法直接产生。
金属熔滴在逐层沉积过程中,依靠熔滴自身的热量与基体在结合界面处发生局部重熔,实现熔滴间的冶金结合。由于熔滴直径较小,其冷却与凝固速度较快,因而沉积组织较为细小均匀,成形制件的力学性能有所提高。
基于金属熔滴喷射的金属增材制造(3D打印)不使用昂贵的高能束源,设备成本低,适用于对高能束反射率高的轻质金属或制粉、丝等成本高昂的贵金属材料的直接成形。