德億緯(DEW):批量化金屬粘結(jié)劑3D打印發(fā)展現(xiàn)狀

導(dǎo)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(guó)內(nèi)外知名的幾個(gè)相關(guān)廠商做了非常有深度的分享交流。來(lái)自德億緯三維打印科技(太倉(cāng))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(yīng)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(gè)方面進(jìn)行講解，包括3DP打印簡(jiǎn)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(yīng)用介紹和德億緯公司的簡(jiǎn)介。

一、3DP打印簡(jiǎn)介



梁偉指出3DP的核心工藝特點(diǎn)主要分為五個(gè)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(duì)粉末是有一定要求的，包括粉末的形狀、粒徑分布、流動(dòng)性、送裝密度和振實(shí)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(qiáng)度、綠色無(wú)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(cuò)，有深入的研究。
這五個(gè)部分卻一部分，相互影響相互作用。

3DP VS 激光SLM



3DP優(yōu)勢(shì)：
●目前3DP的打印效率很高，德億偉目前可以做到每小時(shí)3600立方厘米的打印效率
●無(wú)支撐：90%的復(fù)雜產(chǎn)品不需要支撐，但是燒結(jié)過(guò)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(duì)于小尺寸零件，一次可以打印上千個(gè)，這是粘結(jié)劑噴射的絕對(duì)優(yōu)勢(shì)
●材料種類多：金屬、非金屬、陶瓷材料
●材料成本低：對(duì)粉末粒徑范圍、成形度、氧含量等要求沒(méi)有那么嚴(yán)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(guò)后處理后可以做到1.6以內(nèi)

3DP痛點(diǎn)：
●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(gè)量級(jí)，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(shì)：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(yīng)鏈優(yōu)勢(shì)，我國(guó)材料供應(yīng)鏈的提供是很完善的。同時(shí)有更廣的材料選擇，具有更多的機(jī)會(huì)，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(duì)致密度要求不是很高，收縮率可能達(dá)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(yàn)證過(guò)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(fù)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(duì)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(gè)大的方面：
●化學(xué)要求：需要與打印模塊、粉末兼容、潤(rùn)濕性、粘結(jié)劑暈散可控、滲透性、與粉末不反應(yīng)
●粘結(jié)劑流變性：粘度、表面張力、粘結(jié)劑性能、可操作時(shí)間、液滴形成時(shí)間、穩(wěn)定性、低起泡或者無(wú)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(yùn)輸；無(wú)污染
打印時(shí)重點(diǎn)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(shì)，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(yīng)用。硬質(zhì)合金燒結(jié)后致密度在13.1，燒結(jié)后可以達(dá)到14。粘結(jié)劑現(xiàn)在也可以打印SiC鏡子等，擴(kuò)展陶瓷材料。



三、3DP面臨的挑戰(zhàn)



打印過(guò)程：
●粘結(jié)劑不與材料反應(yīng)，燒結(jié)后無(wú)殘留
●均勻鋪料并壓實(shí)，輥壓工藝使粉末有一定的致密度，整個(gè)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(shí)，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(qiáng)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(yīng)
●零件密度一致性較差

針對(duì)上述問(wèn)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(dá)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(xì)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(cāng)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(yù)測(cè)變形

典型的燒結(jié)問(wèn)題：



燒結(jié)過(guò)程中會(huì)存在零件變形，收縮，應(yīng)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(méi)有那么明顯，但對(duì)于大尺寸，薄壁等來(lái)說(shuō)會(huì)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(wèn)題，可以解決70%的零件燒結(jié)問(wèn)題。

四、批量化生產(chǎn)的應(yīng)用

單道噴射提高效率：



為了滿足效率、成本、性能、幾何復(fù)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(jī)，推出了各種產(chǎn)能和尺寸的打印機(jī)，最小可達(dá)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(yīng)用場(chǎng)景。



關(guān)于行業(yè)應(yīng)用，BJ可以做復(fù)雜設(shè)計(jì)、內(nèi)流道、航天類零件、珠寶等，整個(gè)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(cāng)）有限公司
目前德億緯三維打印科技（太倉(cāng)）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(wù)，提供批量化生產(chǎn)的3D打印成套裝備綜合解決方案。主營(yíng)業(yè)業(yè)務(wù)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(wù)、粘結(jié)劑3D打印咨詢服務(wù)。德億緯致力于成為金屬粘結(jié)劑3D打印專家。主要業(yè)務(wù)應(yīng)用在航空航天、消費(fèi)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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