批量化金属粘结剂喷射3D打印发展现状

南极熊导读：2022年12月20日开展的“增材制造Binder Jetting粘结剂喷射成形技术论坛”云集了惠普、易制、三帝科技、维捷、Desktop Metal、Digital Metal等众多厂商。在此次增材制造Binder Jetting粘结剂喷射成形技术论坛上，国内外知名的几个相关厂商做了非常有深度的分享交流。

来自德亿纬三维打印科技(太仓)有限公司的销售总监梁伟以”批量化金属粘结剂3D打印发展现状“为题展开了分享。BJ 材料开发的现状是什么？产业化应用如何？让我们听一听梁伟是如何做出解答的。

梁伟主要围绕五个方面进行讲解，包括3DP打印简介，材料开发现状及特征，3DP面临的挑战、批量化生产及应用介绍和德亿纬公司的简介。

一、3DP打印简介

梁伟指出3DP的核心工艺特点主要分为五个部分：
●打印头：目前市面上的打印头以压电和发泡为主，打印头需要做到精确控制墨滴大小、分辨率高、与墨水兼容。
●粉末：BJ技术对粉末是有一定要求的，包括粉末的形状、粒径分布、流动性、送装密度和振实密度。
●粘结剂：核心的部分。粘结剂需要与打印头兼容、低粘度、胶连后高强度、绿色无污染和快干。
●设备方面：具有稳定的铺粉系统、打印喷墨系统、控制系统、智能化软件等，他们之间的相互配合和控制也是至关重要的。
●工艺参数：梁伟指出德亿纬目前在打印工艺粉末和粘结剂匹配性方面做的很不错，有深入的研究。
这五个部分却一部分，相互影响相互作用。

3DP VS 激光SLM

3DP优势：
●目前3DP的打印效率很高，德亿伟目前可以做到每小时3600立方厘米的打印效率
●无支撑：90%的复杂产品不需要支撑，但是烧结过程中可能需要一些支撑减少变形
●可堆叠打印：3DP具有很高的空间利用率，对于小尺寸零件，一次可以打印上千个，这是粘结剂喷射的绝对优势
●材料种类多：金属、非金属、陶瓷材料
●材料成本低：对粉末粒径范围、成形度、氧含量等要求没有那么严格，气雾化的粉末、水雾化的粉末和客户自己研磨的粉都能用
●表面质量好：不喷砂的粗糙度Ra在1.6~3.2之间，经过后处理后可以做到1.6以内

3DP痛点：
●不推荐打印太大的尺寸产品，目前的最大尺寸一般在300*300*300这个量级，而且打印尺寸小有助于批量化生产
●致密度较差：在97%~99%
●需要烧结：烧结收缩，但可控

二、材料开发现状及特征
材料优势：由于BJ技术是冷成型且与MIM技术有重合性，所以可以使用MIM的现有材料体系，具有巨大的供应链优势，我国材料供应链的提供是很完善的。同时有更广的材料选择，具有更多的机会，激光制造的材料就比较有限。

粘结剂产品的形态可以分为四种：

●粘结：收缩为0%，比如酚醛树脂等。
●不完全烧结，有些行业的需求对致密度要求不是很高，收缩率可能达到1%~15%，要专门具有多孔疏松的结构。
●熔渗：德亿纬最开始的工艺技术
●完全烧结

目前德亿纬已经验证过多种材料，包括已经覆盖市面上常用的金属材料，某些陶瓷材料，复合材料（渗铜材料等）。所用的粘结剂主要有五种，适用的范围也是不一样的，可以根据不同的粉末选择最适合的粘结剂：
●NFuse:悬浮纳米颗粒，提高烧结后的致密度
●CFuse：不增碳，适合对碳敏感的金属材料
●AFuse：水基粘结剂适用于大多数金属材料
●FFuse：适用于各种金属材料和非金属材料
●PFuse：耐高温材料和非金属材料

粘结剂的特性主要分为五个大的方面：
●化学要求：需要与打印模块、粉末兼容、润湿性、粘结剂晕散可控、渗透性、与粉末不反应
●粘结剂流变性：粘度、表面张力、粘结剂性能、可操作时间、液滴形成时间、稳定性、低起泡或者无泡
●成膜性能：成膜性、矩阵成膜性
●墨水性能：去垢性、粘合性和高温功能性
●安全性：安全使用、运输；无污染
打印时重点考虑粘度、饱和度、晕散性和脱脂

BJ工艺在Cu材料制造方面有优势，目前产品性能尺寸都能保持在较稳定的水平上，可以制作线圈等应用。硬质合金烧结后致密度在13.1，烧结后可以达到14。粘结剂现在也可以打印SiC镜子等，扩展陶瓷材料。

三、3DP面临的挑战

打印过程：
●粘结剂不与材料反应，烧结后无残留
●均匀铺料并压实，辊压工艺使粉末有一定的致密度，整个粉末床的一致性需要保证
●粘结剂喷射产生的粉尘堵塞打印头
●不降低打印速度的同时，干燥每一层

清粉：
●完成固化后，如何快速清理出零件
●生坯的强度
●如何高效清理出合格的生坯零件
●内流道的零件如何清理

烧结：
●零件的变形
●零件的收缩
●粘结剂的反应
●零件密度一致性较差

针对上述问题，德亿纬一直在积极寻找解决方案，目前他们也在不断的摸索中，并取得了一定的成果：
●单通道喷射打印：将铺粉，粘结剂喷射和烘干一次成型，最高可以达到12000cc/h.
●横波铺粉：可以保证一致的粉床密度，保证产品质量。
●高分辨率：1200*1200dpi足够用
●压电打印头：能够喷射出更细小孔径的粘结剂
●MIM粉末：可选择材料较多
●高密度堆垛打印：具有更高的打印仓利用率，更高的打印效率
●仿反弹技术
●烧结仿真软件配套：预测变形

典型的烧结问题：

烧结过程中会存在零件变形，收缩，应力集中。梁伟表示，这些情况在小尺寸零件上表现得可能没有那么明显，但对于大尺寸，薄壁等来说会比较明显。目前德亿纬主要使用烧结仿真软件解决上述问题，可以解决70%的零件烧结问题。

四、批量化生产的应用

单道喷射提高效率：

为了满足效率、成本、性能、几何复杂度不同批量的解决方案，德亿纬也提供了不同系列的打印机，推出了各种产能和尺寸的打印机，最小可达160*65*65，目前最大800*500*400，尺寸方面已经完全覆盖，满足不同的应用场景。

关于行业应用，BJ可以做复杂设计、内流道、航天类零件、珠宝等，整个的行业覆盖面还是很广的。

五、关于德亿纬三维打印科技（太仓）有限公司
目前德亿纬三维打印科技（太仓）有限公司主要专注于粘结剂喷射3D打印新材料研发、新工艺开发以及生产加工服务，提供批量化生产的3D打印成套装备综合解决方案。主营业业务分为三类：包括粘结剂喷射打印的结构及功能材料开发、粘结剂3D打印加工服务、粘结剂3D打印咨询服务。德亿纬致力于成为金属粘结剂3D打印专家。主要业务应用在航空航天、消费品领域，目前也在积极建设批量化智能生产线。

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