維捷（Voxeljet)：維捷助力噴墨粉末粘結打印，材料開發(fā)和批量生產(chǎn)

導讀：2022年12月20日開展的“增材制造Binder Jetting粘結劑噴射成形技術論壇”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粘結劑噴射成形技術論壇上，國內(nèi)外知名的幾個相關廠商做了非常有深度的分享交流。來自維捷（蘇州）三維打印有限公司的銷售總監(jiān)王澤利以”維捷助力噴墨粉末粘結打印-材料開發(fā)和批量生產(chǎn)“為題展開了分享。目前的BJ技術中材料開發(fā)的現(xiàn)狀是什么？批量化生產(chǎn)面臨著哪些問題？讓我們聽一聽王澤利是如何做出解答的。



王澤利主要從四個方面進行介紹，包括維捷（voxeljet)公司介紹、材料開發(fā)、批量應用和技術總結。

一、公司介紹



Voxeljet是一家德國公司，總部在德國奧克斯堡，于2013年10月上市，是噴墨砂型3D打印技術發(fā)明人，引領著全球噴墨砂型3D打印技術，擁有超過400項發(fā)明專利。而且獨有PMMA粉末噴墨粘結打印技術，可以用于原型開發(fā)和精密鑄造。

維捷中國公司是德國維捷的中國總部，主要生產(chǎn)VX2000設備，供應全球市場。同時具有本地化備品備件庫和本地化技術服務團隊。中國維捷也銷售德國維捷全系列3D打印系統(tǒng)，為中國客戶提供本地化砂型、蠟型、聚合物粉末打印服務。

技術優(yōu)勢主要體現(xiàn)在四個方面：



●材料：開發(fā)了不同材料，有砂型材料、PMMA粉末、陶瓷和HSS四大塊，種類很多。
●尺寸：擁有市場上最大的3D打印系統(tǒng)，具有4m的尺寸，同時正開發(fā)更大的10m的打印機。
●速度：擁有行業(yè)中較快的打印速度，每層打印時間可縮短至4s。
●效益：通過本地化服務和速度的提升，具備一定的成本效益。

維捷的愿景是通過高速、大幅面3D打印機和按需零件服務，實現(xiàn)經(jīng)濟高效的批量生產(chǎn)。

二、材料開發(fā)應用
由于砂型材料和PMMA材料主要用途是用來做鑄造，打印的是開發(fā)過程模具而不是最終產(chǎn)品，所以材料開發(fā)部分重點有兩個：HSS高速燒結工藝開發(fā)聚合物粉末和3DP工藝開發(fā)陶瓷材料

HSS高速燒結工藝開發(fā)聚合物粉末

什么是HSS工藝？
傳統(tǒng)的激光粉末燒結技術是采用單點的激光熔化粉末狀的聚合物粉末，整個打印速度比較慢，價格成本也很高，因此，開發(fā)了HSS高速燒結技術，希望3D打印能夠具有規(guī)�；�生產(chǎn)的一個能力，整體工藝流程如下：



1. 鋪設一層聚合物粉末
2.噴墨打印頭在需要沉積的地方沉積能有效吸收紅外線的特殊油墨。
3.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(xiàn)固化
4.重復以上步驟，直至整個物體打印完成。

HSS技術優(yōu)勢？



●打印速度快，在批量制造方面有明顯優(yōu)勢，甚至可以媲美傳統(tǒng)的鑄造工藝。
●融化粉末的速度比激光加熱慢10,000倍，從而減少對材料的破壞，提高燒結質量。
●材料的選擇范圍更廣：有些材料很難或者是無法通過激光加熱燒結，但是使用HSS技術可以實現(xiàn)。
●可以使用100%的回收粉末，卻不會造成打印件表面的粗糙，同時加工過程中也不需要富含惰性氣體的環(huán)境。
●使用壓電式工業(yè)打印頭，可以使用水基、油基、醇基的粘結劑，粘結劑和粉體材料選擇范圍廣。

適用于材料開發(fā)的原因？
●合適的設備



●合適的技術



●維捷專業(yè)的材料認證團隊



●材料開發(fā)聯(lián)盟
維捷與多家知名材料機構、研究所、學校等建立了很好的關系。



●材料和設備是否有批量生產(chǎn)的前景



3DP工藝開發(fā)陶瓷材料



在陶瓷開發(fā)領域，維捷主要和日本的AGC進行合作，開發(fā)了有SiC、SiO2、AL2O3等材料，可以實現(xiàn)無需支撐結構，沒有幾何節(jié)后限制，但是孔隙度較高，有40%-60%，并且強度有限，需要燒結工藝。針對陶瓷開發(fā)，維捷共有三大工藝路線：
1. 依靠樹脂的打印工藝，混合液態(tài)固化劑，打印頭噴出樹脂
2. 依靠無機的粉末材料，在砂里面混固態(tài)的液化劑，硅酸鹽成分，打印頭噴出水，運用傳統(tǒng)水玻璃路線做固化。
3. 采用酚醛樹脂工藝，打印頭噴出酚醛樹脂，打印頭用加熱固化的方式。

三、批量應用



批量應用-HSS
●維捷擁有開源系統(tǒng)實現(xiàn)了打印的靈活性，能夠使用戶輕松訪問工藝參數(shù)
●打印機具有高度、大尺寸的特點，而且集成了自動粉末回收系統(tǒng)
●多個系統(tǒng)能夠高效互連，自動化程度高，具有自動去粉等后處理

HSS批量應用生產(chǎn)包括以下幾個方面：






●批量零件：需要有穩(wěn)定的打印系統(tǒng)，3D打印經(jīng)過優(yōu)化，可實現(xiàn)最高生產(chǎn)速度。
●中小批量生產(chǎn)：主要應用于靈活的批量生產(chǎn)中，比如工廠中的臨時通知的活。
●原型和預生產(chǎn)：可以及逆行無支撐結構打印和大型零件的預制造，更加靈活。

批量應用-PMMA
●無人機二沖程發(fā)動機


利用PMMA技術制造的此款發(fā)動機在制造速度和價格上與傳統(tǒng)鑄造技術相比很有優(yōu)勢。PMMA對于一些復雜的，附加值高的產(chǎn)品，也可以做批量化的生產(chǎn)。PMMA的整個過程和傳統(tǒng)的精密鑄造一致，唯一的區(qū)別是脫蠟時不能完全脫出，很多的高分子材料是通過焙燒的方式清理出來的。精密鑄造容易出問題的環(huán)節(jié)是精密鑄造，而PMMA最大的特點是，脫蠟時不會出現(xiàn)熱膨脹，不會造成殼膜的開裂。



●航空發(fā)動機葉片



PMMA打印具有一定的強度，可以打印很薄的零件，精細特征也會比較高。

●進氣歧管


成本有100多塊錢，從速度和成本來看，可以做中小批量的生產(chǎn)。

選擇PMMA打印量產(chǎn)的原因？
1.維捷采用的是3DP，打印頭有多達幾千個噴嘴，效率比SLS和SLA高的多。
2.適用于600dpi的分辨率，最小細節(jié)特征可以做到0.4mm，0.5mm的微孔。細節(jié)特征好，尺寸精度高。
3.PMMA材料為傳統(tǒng)精密鑄造，支撐蠟的主要成分，和傳統(tǒng)精密鑄造的兼容性好。
4.設備成型尺寸大
5.PMMA蠟膜的結構疏松，熱膨脹系數(shù)為負，脫蠟時不會漲殼。

批量應用-砂型鑄造



考慮3D打印砂型+鑄造的原因？
●環(huán)保
●人工：人工價格上漲，以及技術工人短缺
●國家限電
●國外競爭：高端產(chǎn)品供應鏈本地化，低端產(chǎn)品來自印度等供應商的競爭
●鑄件結構優(yōu)化：包括逐漸薄壁化、復雜化和集成化。

王澤利還介紹了目前噴墨3D打印的技術優(yōu)勢，可以概括為大、多、快、省、靈活，而且此種技術已經(jīng)倍鑄造行業(yè)認可，并被廣泛接受。但同時噴墨3D打印還有一些技術痛點，比如設備穩(wěn)定性較差，砂型質量一致性差，打印頭昂貴，成本較高等。下面我們看看3D打印砂型鑄造的一些應用



●3D打印-寶馬批量化生產(chǎn)線



維捷和多家機構合作，主要為寶馬打造一條批量化生產(chǎn)的生產(chǎn)線。寶馬的自動化生產(chǎn)線集成了五套VX1300X系統(tǒng)，每年可以打印十幾萬個零件�？梢詫崿F(xiàn)每分鐘制作一個砂芯，尺寸精度高達±0.1mm。此次3D打印技術的引用為產(chǎn)品帶來了附加值的增長。



四、總結

●VX200打印機特別適合材料開發(fā)
●噴墨3D打印技術用于量產(chǎn)正逐步成為現(xiàn)實
●根據(jù)用戶產(chǎn)品需求，選擇合適的3D打印和自動化技術是成功應用的關鍵。

相關視頻：