德億緯(DEW):批量化金屬粘結(jié)劑3D打印發(fā)展現(xiàn)狀
時間：2022-12-30 11:09 來源：南極熊 作者：admin 閱讀：次
導讀：2022年12月20日開展的“增材制造Binder Jetting粘結(jié)劑噴射成形技術(shù)論壇”云集了惠普、易制、三帝科技、維捷、Desktop Metal、Digital Metal等眾多廠商。在此次增材制造Binder Jetting粘結(jié)劑噴射成形技術(shù)論壇上，國內(nèi)外知名的幾個相關(guān)廠商做了非常有深度的分享交流。來自德億緯三維打印科技(太倉)有限公司的銷售總監(jiān)梁偉以”批量化金屬粘結(jié)劑3D打印發(fā)展現(xiàn)狀“為題展開了分享。BJ 材料開發(fā)的現(xiàn)狀是什么？產(chǎn)業(yè)化應用如何？讓我們聽一聽梁偉是如何做出解答的。
梁偉主要圍繞五個方面進行講解，包括3DP打印簡介，材料開發(fā)現(xiàn)狀及特征，3DP面臨的挑戰(zhàn)、批量化生產(chǎn)及應用介紹和德億緯公司的簡介。
一、3DP打印簡介
梁偉指出3DP的核心工藝特點主要分為五個部分：
●打印頭：目前市面上的打印頭以壓電和發(fā)泡為主，打印頭需要做到精確控制墨滴大小、分辨率高、與墨水兼容。
●粉末：BJ技術(shù)對粉末是有一定要求的，包括粉末的形狀、粒徑分布、流動性、送裝密度和振實密度。
●粘結(jié)劑：核心的部分。粘結(jié)劑需要與打印頭兼容、低粘度、膠連后高強度、綠色無污染和快干。
●設(shè)備方面：具有穩(wěn)定的鋪粉系統(tǒng)、打印噴墨系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、智能化軟件等，他們之間的相互配合和控制也是至關(guān)重要的。
●工藝參數(shù)：梁偉指出德億緯目前在打印工藝粉末和粘結(jié)劑匹配性方面做的很不錯，有深入的研究。
這五個部分卻一部分，相互影響相互作用。
3DP VS 激光SLM
3DP優(yōu)勢：
●目前3DP的打印效率很高，德億偉目前可以做到每小時3600立方厘米的打印效率
●無支撐：90%的復雜產(chǎn)品不需要支撐，但是燒結(jié)過程中可能需要一些支撐減少變形
●可堆疊打印：3DP具有很高的空間利用率，對于小尺寸零件，一次可以打印上千個，這是粘結(jié)劑噴射的絕對優(yōu)勢
●材料種類多：金屬、非金屬、陶瓷材料
●材料成本低：對粉末粒徑范圍、成形度、氧含量等要求沒有那么嚴格，氣霧化的粉末、水霧化的粉末和客戶自己研磨的粉都能用
●表面質(zhì)量好：不噴砂的粗糙度Ra在1.6~3.2之間，經(jīng)過后處理后可以做到1.6以內(nèi)
3DP痛點：
●不推薦打印太大的尺寸產(chǎn)品，目前的最大尺寸一般在300*300*300這個量級，而且打印尺寸小有助于批量化生產(chǎn)
●致密度較差：在97%~99%
●需要燒結(jié)：燒結(jié)收縮，但可控
二、材料開發(fā)現(xiàn)狀及特征
材料優(yōu)勢：由于BJ技術(shù)是冷成型且與MIM技術(shù)有重合性，所以可以使用MIM的現(xiàn)有材料體系，具有巨大的供應鏈優(yōu)勢，我國材料供應鏈的提供是很完善的。同時有更廣的材料選擇，具有更多的機會，激光制造的材料就比較有限。
粘結(jié)劑產(chǎn)品的形態(tài)可以分為四種：
●粘結(jié)：收縮為0%，比如酚醛樹脂等。
●不完全燒結(jié)，有些行業(yè)的需求對致密度要求不是很高，收縮率可能達到1%~15%，要專門具有多孔疏松的結(jié)構(gòu)。
●熔滲：德億緯最開始的工藝技術(shù)
●完全燒結(jié)
目前德億緯已經(jīng)驗證過多種材料，包括已經(jīng)覆蓋市面上常用的金屬材料，某些陶瓷材料，復合材料（滲銅材料等）。所用的粘結(jié)劑主要有五種，適用的范圍也是不一樣的，可以根據(jù)不同的粉末選擇最適合的粘結(jié)劑：
●NFuse:懸浮納米顆粒，提高燒結(jié)后的致密度
●CFuse：不增碳，適合對碳敏感的金屬材料
●AFuse：水基粘結(jié)劑適用于大多數(shù)金屬材料
●FFuse：適用于各種金屬材料和非金屬材料
●PFuse：耐高溫材料和非金屬材料
粘結(jié)劑的特性主要分為五個大的方面：
●化學要求：需要與打印模塊、粉末兼容、潤濕性、粘結(jié)劑暈散可控、滲透性、與粉末不反應
●粘結(jié)劑流變性：粘度、表面張力、粘結(jié)劑性能、可操作時間、液滴形成時間、穩(wěn)定性、低起泡或者無泡
●成膜性能：成膜性、矩陣成膜性
●墨水性能：去垢性、粘合性和高溫功能性
●安全性：安全使用、運輸；無污染
打印時重點考慮粘度、飽和度、暈散性和脫脂
BJ工藝在Cu材料制造方面有優(yōu)勢，目前產(chǎn)品性能尺寸都能保持在較穩(wěn)定的水平上，可以制作線圈等應用。硬質(zhì)合金燒結(jié)后致密度在13.1，燒結(jié)后可以達到14。粘結(jié)劑現(xiàn)在也可以打印SiC鏡子等，擴展陶瓷材料。
三、3DP面臨的挑戰(zhàn)
打印過程：
●粘結(jié)劑不與材料反應，燒結(jié)后無殘留
●均勻鋪料并壓實，輥壓工藝使粉末有一定的致密度，整個粉末床的一致性需要保證
●粘結(jié)劑噴射產(chǎn)生的粉塵堵塞打印頭
●不降低打印速度的同時，干燥每一層
清粉：
●完成固化后，如何快速清理出零件
●生坯的強度
●如何高效清理出合格的生坯零件
●內(nèi)流道的零件如何清理
燒結(jié)：
●零件的變形
●零件的收縮
●粘結(jié)劑的反應
●零件密度一致性較差
針對上述問題，德億緯一直在積極尋找解決方案，目前他們也在不斷的摸索中，并取得了一定的成果：
●單通道噴射打印：將鋪粉，粘結(jié)劑噴射和烘干一次成型，最高可以達到12000cc/h.
●橫波鋪粉：可以保證一致的粉床密度，保證產(chǎn)品質(zhì)量。
●高分辨率：1200*1200dpi足夠用
●壓電打印頭：能夠噴射出更細小孔徑的粘結(jié)劑
●MIM粉末：可選擇材料較多
●高密度堆垛打印：具有更高的打印倉利用率，更高的打印效率
●仿反彈技術(shù)
●燒結(jié)仿真軟件配套：預測變形
典型的燒結(jié)問題：
燒結(jié)過程中會存在零件變形，收縮，應力集中。梁偉表示，這些情況在小尺寸零件上表現(xiàn)得可能沒有那么明顯，但對于大尺寸，薄壁等來說會比較明顯。目前德億緯主要使用燒結(jié)仿真軟件解決上述問題，可以解決70%的零件燒結(jié)問題。
四、批量化生產(chǎn)的應用
單道噴射提高效率：
為了滿足效率、成本、性能、幾何復雜度不同批量的解決方案，德億緯也提供了不同系列的打印機，推出了各種產(chǎn)能和尺寸的打印機，最小可達160*65*65，目前最大800*500*400，尺寸方面已經(jīng)完全覆蓋，滿足不同的應用場景。
關(guān)于行業(yè)應用，BJ可以做復雜設(shè)計、內(nèi)流道、航天類零件、珠寶等，整個的行業(yè)覆蓋面還是很廣的。
五、關(guān)于德億緯三維打印科技（太倉）有限公司
目前德億緯三維打印科技（太倉）有限公司主要專注于粘結(jié)劑噴射3D打印新材料研發(fā)、新工藝開發(fā)以及生產(chǎn)加工服務，提供批量化生產(chǎn)的3D打印成套裝備綜合解決方案。主營業(yè)業(yè)務分為三類：包括粘結(jié)劑噴射打印的結(jié)構(gòu)及功能材料開發(fā)、粘結(jié)劑3D打印加工服務、粘結(jié)劑3D打印咨詢服務。德億緯致力于成為金屬粘結(jié)劑3D打印專家。主要業(yè)務應用在航空航天、消費品領(lǐng)域，目前也在積極建設(shè)批量化智能生產(chǎn)線。
梁偉主要圍繞五個方面進行講解，包括3DP打印簡介，材料開發(fā)現(xiàn)狀及特征，3DP面臨的挑戰(zhàn)、批量化生產(chǎn)及應用介紹和德億緯公司的簡介。
一、3DP打印簡介
梁偉指出3DP的核心工藝特點主要分為五個部分：
●打印頭：目前市面上的打印頭以壓電和發(fā)泡為主，打印頭需要做到精確控制墨滴大小、分辨率高、與墨水兼容。
●粉末：BJ技術(shù)對粉末是有一定要求的，包括粉末的形狀、粒徑分布、流動性、送裝密度和振實密度。
●粘結(jié)劑：核心的部分。粘結(jié)劑需要與打印頭兼容、低粘度、膠連后高強度、綠色無污染和快干。
●設(shè)備方面：具有穩(wěn)定的鋪粉系統(tǒng)、打印噴墨系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、智能化軟件等，他們之間的相互配合和控制也是至關(guān)重要的。
●工藝參數(shù)：梁偉指出德億緯目前在打印工藝粉末和粘結(jié)劑匹配性方面做的很不錯，有深入的研究。
這五個部分卻一部分，相互影響相互作用。
3DP VS 激光SLM
3DP優(yōu)勢：
●目前3DP的打印效率很高，德億偉目前可以做到每小時3600立方厘米的打印效率
●無支撐：90%的復雜產(chǎn)品不需要支撐，但是燒結(jié)過程中可能需要一些支撐減少變形
●可堆疊打印：3DP具有很高的空間利用率，對于小尺寸零件，一次可以打印上千個，這是粘結(jié)劑噴射的絕對優(yōu)勢
●材料種類多：金屬、非金屬、陶瓷材料
●材料成本低：對粉末粒徑范圍、成形度、氧含量等要求沒有那么嚴格，氣霧化的粉末、水霧化的粉末和客戶自己研磨的粉都能用
●表面質(zhì)量好：不噴砂的粗糙度Ra在1.6~3.2之間，經(jīng)過后處理后可以做到1.6以內(nèi)
3DP痛點：
●不推薦打印太大的尺寸產(chǎn)品，目前的最大尺寸一般在300*300*300這個量級，而且打印尺寸小有助于批量化生產(chǎn)
●致密度較差：在97%~99%
●需要燒結(jié)：燒結(jié)收縮，但可控
二、材料開發(fā)現(xiàn)狀及特征
材料優(yōu)勢：由于BJ技術(shù)是冷成型且與MIM技術(shù)有重合性，所以可以使用MIM的現(xiàn)有材料體系，具有巨大的供應鏈優(yōu)勢，我國材料供應鏈的提供是很完善的。同時有更廣的材料選擇，具有更多的機會，激光制造的材料就比較有限。
粘結(jié)劑產(chǎn)品的形態(tài)可以分為四種：
●粘結(jié)：收縮為0%，比如酚醛樹脂等。
●不完全燒結(jié)，有些行業(yè)的需求對致密度要求不是很高，收縮率可能達到1%~15%，要專門具有多孔疏松的結(jié)構(gòu)。
●熔滲：德億緯最開始的工藝技術(shù)
●完全燒結(jié)
目前德億緯已經(jīng)驗證過多種材料，包括已經(jīng)覆蓋市面上常用的金屬材料，某些陶瓷材料，復合材料（滲銅材料等）。所用的粘結(jié)劑主要有五種，適用的范圍也是不一樣的，可以根據(jù)不同的粉末選擇最適合的粘結(jié)劑：
●NFuse:懸浮納米顆粒，提高燒結(jié)后的致密度
●CFuse：不增碳，適合對碳敏感的金屬材料
●AFuse：水基粘結(jié)劑適用于大多數(shù)金屬材料
●FFuse：適用于各種金屬材料和非金屬材料
●PFuse：耐高溫材料和非金屬材料
粘結(jié)劑的特性主要分為五個大的方面：
●化學要求：需要與打印模塊、粉末兼容、潤濕性、粘結(jié)劑暈散可控、滲透性、與粉末不反應
●粘結(jié)劑流變性：粘度、表面張力、粘結(jié)劑性能、可操作時間、液滴形成時間、穩(wěn)定性、低起泡或者無泡
●成膜性能：成膜性、矩陣成膜性
●墨水性能：去垢性、粘合性和高溫功能性
●安全性：安全使用、運輸；無污染
打印時重點考慮粘度、飽和度、暈散性和脫脂
BJ工藝在Cu材料制造方面有優(yōu)勢，目前產(chǎn)品性能尺寸都能保持在較穩(wěn)定的水平上，可以制作線圈等應用。硬質(zhì)合金燒結(jié)后致密度在13.1，燒結(jié)后可以達到14。粘結(jié)劑現(xiàn)在也可以打印SiC鏡子等，擴展陶瓷材料。
三、3DP面臨的挑戰(zhàn)
打印過程：
●粘結(jié)劑不與材料反應，燒結(jié)后無殘留
●均勻鋪料并壓實，輥壓工藝使粉末有一定的致密度，整個粉末床的一致性需要保證
●粘結(jié)劑噴射產(chǎn)生的粉塵堵塞打印頭
●不降低打印速度的同時，干燥每一層
清粉：
●完成固化后，如何快速清理出零件
●生坯的強度
●如何高效清理出合格的生坯零件
●內(nèi)流道的零件如何清理
燒結(jié)：
●零件的變形
●零件的收縮
●粘結(jié)劑的反應
●零件密度一致性較差
針對上述問題，德億緯一直在積極尋找解決方案，目前他們也在不斷的摸索中，并取得了一定的成果：
●單通道噴射打印：將鋪粉，粘結(jié)劑噴射和烘干一次成型，最高可以達到12000cc/h.
●橫波鋪粉：可以保證一致的粉床密度，保證產(chǎn)品質(zhì)量。
●高分辨率：1200*1200dpi足夠用
●壓電打印頭：能夠噴射出更細小孔徑的粘結(jié)劑
●MIM粉末：可選擇材料較多
●高密度堆垛打印：具有更高的打印倉利用率，更高的打印效率
●仿反彈技術(shù)
●燒結(jié)仿真軟件配套：預測變形
典型的燒結(jié)問題：
燒結(jié)過程中會存在零件變形，收縮，應力集中。梁偉表示，這些情況在小尺寸零件上表現(xiàn)得可能沒有那么明顯，但對于大尺寸，薄壁等來說會比較明顯。目前德億緯主要使用燒結(jié)仿真軟件解決上述問題，可以解決70%的零件燒結(jié)問題。
四、批量化生產(chǎn)的應用
單道噴射提高效率：
為了滿足效率、成本、性能、幾何復雜度不同批量的解決方案，德億緯也提供了不同系列的打印機，推出了各種產(chǎn)能和尺寸的打印機，最小可達160*65*65，目前最大800*500*400，尺寸方面已經(jīng)完全覆蓋，滿足不同的應用場景。
關(guān)于行業(yè)應用，BJ可以做復雜設(shè)計、內(nèi)流道、航天類零件、珠寶等，整個的行業(yè)覆蓋面還是很廣的。
五、關(guān)于德億緯三維打印科技（太倉）有限公司
目前德億緯三維打印科技（太倉）有限公司主要專注于粘結(jié)劑噴射3D打印新材料研發(fā)、新工藝開發(fā)以及生產(chǎn)加工服務，提供批量化生產(chǎn)的3D打印成套裝備綜合解決方案。主營業(yè)業(yè)務分為三類：包括粘結(jié)劑噴射打印的結(jié)構(gòu)及功能材料開發(fā)、粘結(jié)劑3D打印加工服務、粘結(jié)劑3D打印咨詢服務。德億緯致力于成為金屬粘結(jié)劑3D打印專家。主要業(yè)務應用在航空航天、消費品領(lǐng)域，目前也在積極建設(shè)批量化智能生產(chǎn)線。
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