維捷Voxeljet噴墨打印和HSS高速燒結技術在材料開發(fā)和批量生產上的應用

2022年10月28日，德國維捷Voxeljet AG聯合南極熊開展了一場線上直播，介紹其噴墨3D打印材料開發(fā)和批量生產上應用。本場直播由維捷銷售總監(jiān)王澤利先生主講。

德國voxeljet公司是噴墨砂型3D打印技術發(fā)明人，引領全球噴墨砂型3D打印技術。獨有PMMA粉末噴墨粘結打印技術，可用于原型開發(fā)和精密鑄造。維捷中國是voxljet的中國總部，在中國組裝生產VX2000設備，供應全球市場，在中國銷售全系列產品。并且為中國客戶提供本地化砂型、蠟型、聚合物粉末打印服務。


目前維捷的3D打印技術支持四大材料體系，包括砂、塑料、陶瓷和HSS，本次直播主要介紹的是陶瓷和HSS兩大體系。


傳統的激光燒結打印機用一個單點激光融化粉末狀塑料聚合物，成本高速度慢，英國謝菲爾德大學機械工程系的教授Neil Hopkinson采用紅外線燈和噴墨打印頭來代替激光，發(fā)明了HSS高速燒結技術。這是一項革命性的技術，研發(fā)高速燒結技術的目的，是希望能夠通過這一項技術取代現有的技術，為3D打印能夠具備規(guī)�；�生產的能力。HSS高速燒結技術與SLS技術、MJF技術對比，具有眾多的優(yōu)勢。


HSS技術工藝流程主要包含四個步驟，首先鋪設一層高分子材料粉末，比如尼龍12或者TPU；然后用噴墨打印頭在需要燒結的部分沉積能有效吸收紅外線的特殊油墨；然后用紅外線照射需要燒結的部分，從而令油墨吸收足夠的能量，融化材料粉末，實現固化；重復以上步驟，直至整個物體打印完成。


因此HSS技術具有眾多的優(yōu)勢：
● 打印速度快，在批量制造方面有明顯的優(yōu)勢，甚至可與傳統的注塑工藝媲美。
● 融化粉末的速度比激光加熱慢，減少對材料的損壞，提高燒結質量。
● 材料選擇范圍更廣。
● 可以使用100%的回收粉末。
● 可以使用水基、油機、醇基的粘結劑。



維捷開發(fā)了一款用于材料開的HSS設備VX200打印機，這款設計小巧、集成度高，適用的材料包括砂、蠟模、陶瓷、高分子聚合物等。具有刮板、輥軸兩套鋪粉系統。



目前維捷的HSS設備發(fā)起了一個材料聯盟，科思創(chuàng)、贏創(chuàng)、巴斯夫等國際材料企業(yè)的材料都可以適配。


目前已經經過可行性認證的材料包括PA12、TPU、PP、PBT、EVA、PEBA、PA12GF、PA11、TPE，其中部分經過了VX200的打印認證，PA12則完成了批量生產的認證。


陶瓷材料的開發(fā)維捷與AGC公司合作，現階段已經驗證可打印的材料有SiC、SiO2、Al2O3、TiO2、ZrO2。

針對批量生產的需求，維捷開發(fā)了HSS高速燒結的批量生產解決方案，通過安裝多臺生產設備、集中式的供料和運送機器人等自動化設施，實現零件的批量生產。




隨后，王澤利列舉了多個批量生產的案例，比如生產下面這個無人機二沖程發(fā)動機，使用VX1000設備，每層可以擺放130個零件，一箱可以打印780件，總的打印時間為23小時，平均下來單個零件的加工時間為100秒。


打印PMMA材料的批量生產案例，生產的是航空發(fā)動機的葉片，其尺寸規(guī)格為320×280×100mm，制造難度在于局部厚度只有0.5mm。



批量生產PMMA進氣歧管的案例，使用VX1000機型，每層擺放21件，每箱生產105件，打印時間為23小時，平均單個件的打印時間為14分鐘。


在砂型鑄造領域，目前維捷最大的砂型3D打印機可達4米長，一次可以打印12噸砂型，正在開發(fā)10米級的打印機，一次可打印60噸的超大鑄件砂型。代表性的批量生產應用案例是寶馬汽車公司。與傳統制造業(yè)的整合使復雜金屬零件的增材制造批量生產成為可能。生產線結合五套VX1300X系統，每年可以打印幾十萬個零件。通過3D打印技術自由設計使汽車發(fā)動機的冷卻效率提高了20%。


此外，維捷還提供VX2000的系統方案，以滿足更大規(guī)模的生產需求，采用一套供料、供液系統；可集成4臺或6臺打印機；一套后處理輔機系統節(jié)省成本。



最后，王澤利總結了本場直播的核心內容：


●維捷的VX200打印機特別適合材料開發(fā)；
●維捷的噴墨3D打印技術用于量產正逐步成為趨勢；
●維捷可以根據用戶需求，選擇合適的3D打印和自動化技術，成為用戶成功應用的關鍵。



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