易制科技：提高粘結(jié)劑噴射金屬3D打印零件性能和精度的關(guān)鍵技術(shù)

導(dǎo)讀：2022年12月20日開(kāi)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)自武漢易制科技有限公司的董事長(zhǎng)蔡道生以”提高BJ金屬零件性能和精度的關(guān)鍵技術(shù)“為題展開(kāi)了分享。目前的BJ金屬零件的真實(shí)性能精度是什么？存在的技術(shù)問(wèn)題是什么？易制科技又是如何解決的？讓我們聽(tīng)一聽(tīng)蔡道生是如何做出解答的。


首先，蔡道生董事長(zhǎng)表示，目前的BJ金屬零件的尺寸精度綜合來(lái)說(shuō)在±0.1mm/100mm以?xún)?nèi)，最高可以達(dá)到±0.05mm。粗糙度在3~5um之間，最高的可達(dá)2um，但會(huì)犧牲一定的打印速度。在粗糙度方面，BJ相比于SLM（激光燒結(jié)）技術(shù)，有著很大的優(yōu)勢(shì)。目前，BJ零件的致密度>99%。



蔡道生董事長(zhǎng)此次的報(bào)告主要分為三個(gè)方面：
●影響因素分析
●關(guān)鍵技術(shù)解析
●已集成多種新技術(shù)的新裝備

一、影響因素分析
蔡道生董事長(zhǎng)在這一部分重點(diǎn)介紹了BJ技術(shù)制造零件過(guò)程中精度的影響因素，包括對(duì)此采取的處理方法和手段。BJ技術(shù)的精度影響因素主要有7個(gè)方面，包括：



●機(jī)械精度
●運(yùn)動(dòng)控制
●數(shù)據(jù)精度
數(shù)據(jù)精度為什么會(huì)影響零件精度？因?yàn)閿?shù)據(jù)一般為點(diǎn)陣數(shù)據(jù)，具有分辨率的說(shuō)法，分辨率越高，精度越高，但同時(shí)數(shù)據(jù)處理量越大，存儲(chǔ)空間變大。另一個(gè)方面，分辨率越高，意味著點(diǎn)陣越多，即墨滴越多，墨量越多。墨量高到一定程度，是不能被接受的，會(huì)嚴(yán)重影響打印過(guò)程。
●噴墨精度
噴墨的定位精度是BJ技術(shù)獨(dú)有的精度因素。這個(gè)定位精度會(huì)受到墨滴的大小、墨滴的速度影響。墨滴越大即墨滴越重，定位精度越準(zhǔn)，在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中更易控制，但對(duì)于粉末床會(huì)有較大的沖擊，會(huì)造成粗糙的表明，需要調(diào)整合適的墨滴大小和速度，減少?zèng)_擊。
●墨滴滲透
墨滴滲透會(huì)直接影響粉末床邊界甚至是下表面的精度，如果墨滴滲透問(wèn)題做的很好，在清理過(guò)后，零件的整個(gè)表面都會(huì)很光滑，肉眼甚至分辨不出來(lái)哪個(gè)是上表面，哪個(gè)是下表面。
●收縮變形
BJ技術(shù)涉及燒結(jié)，如果收縮均勻，是很容易通過(guò)軟件進(jìn)行補(bǔ)償?shù)�。非均勻收縮會(huì)嚴(yán)重影響打印精度，目前可以從粉末均勻性、密度、保型性等方面進(jìn)行考慮解決這個(gè)問(wèn)題。
●噴孔缺陷
噴口堵塞一直是BJ工藝中永恒的話(huà)題，這個(gè)問(wèn)題一直存在。目前很多廠家一直致力于解決噴口有堵塞、斜噴的問(wèn)題。

蔡道生董事長(zhǎng)表示易制科技針對(duì)上述精度影響因素有一整套的處理方法，包括：
●在線(xiàn)數(shù)據(jù)處理：解決大的數(shù)據(jù)量問(wèn)題，低內(nèi)存占用問(wèn)題。輪廓表面與實(shí)體內(nèi)部方便采用不同分辨率，分區(qū)數(shù)據(jù)處理傳送打印，減少存儲(chǔ)量。
●波形控制：實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定噴墨并減少環(huán)境風(fēng)速對(duì)墨滴運(yùn)行曲線(xiàn)的影響，調(diào)節(jié)墨滴至合適的噴墨速度以及減少粉床沖擊。
●滲透控制：零件上下作用相似的精度和粗糙度。
●新的鋪粉方法：能夠兼容不同形貌，粉徑粉末，提高鋪粉均勻性和致密度。
●容堵打印：對(duì)于噴頭堵塞盡可能的容許。

零件性能的影響因素
蔡道生表示影響零件性能的因素主要有四點(diǎn)：



●粉末的燒結(jié)活性
●胚件的致密度：一般來(lái)說(shuō)，胚體的致密度越高，收縮率越小，變形可能性越低。
●墨水殘余：希望殘余越小越好，即便有殘余也不會(huì)產(chǎn)生什么影響。
●燒結(jié)爐潔凈度：不同的材料選擇不同的燒結(jié)爐。

對(duì)應(yīng)的有一些解決措施，包括：
●高致密度鋪粉方法：一定有壓實(shí)機(jī)構(gòu)
●低殘余的墨水：墨水高溫分解殘余少，殘余負(fù)面影響小
●細(xì)化晶粒添加劑：能夠有效減緩高溫?zé)�結(jié)時(shí)晶粒的長(zhǎng)大
●高潔凈度燒結(jié)爐：爐體和發(fā)熱器件揮發(fā)物質(zhì)極少

二、關(guān)鍵技術(shù)解析
1. 打印數(shù)據(jù)處理軟件（RIP）



蔡道生認(rèn)為打印數(shù)據(jù)處理軟件是重中之重，沒(méi)有打印數(shù)據(jù)處理軟件一定做不好BJ金屬3D打印。打印數(shù)據(jù)處理軟件就是把切片的輪廓數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成打印機(jī)能夠接受的點(diǎn)陣數(shù)據(jù)。打印數(shù)據(jù)處理軟件應(yīng)該具備幾個(gè)功能：
●分區(qū)域數(shù)據(jù)處理：以700mm*700mm尺寸為例，當(dāng)分辨率為1200*1200DPI時(shí)，單色點(diǎn)陣數(shù)據(jù)將達(dá)到1GB多，計(jì)算機(jī)運(yùn)行時(shí)將達(dá)到2GB，如此龐大的數(shù)據(jù)量會(huì)使得計(jì)算機(jī)不堪重負(fù)。分域數(shù)據(jù)處理，就是專(zhuān)門(mén)處理大尺寸的功能，即一邊打印一邊數(shù)據(jù)處理，實(shí)現(xiàn)”小內(nèi)存處理大數(shù)據(jù)“
●在線(xiàn)數(shù)據(jù)處理：上述說(shuō)到的”一邊打印一邊數(shù)據(jù)處理“需要在線(xiàn)功能，若是離線(xiàn)就不能做到了
●全映射數(shù)據(jù)處理技術(shù)：在傳統(tǒng)的噴繪里面，通常采用插值提高分辨率，但插值無(wú)法保證點(diǎn)陣的物理位置精度。全數(shù)據(jù)處理技術(shù)高精度點(diǎn)陣數(shù)據(jù)，無(wú)損映射到噴孔實(shí)際噴射的每一個(gè)物理位置，不產(chǎn)生任何數(shù)據(jù)誤差。

2.精細(xì)化墨量調(diào)節(jié)技術(shù)



通常需要控制墨滴的大小、形狀。但對(duì)于墨滴的調(diào)節(jié)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，還需要對(duì)墨量進(jìn)行控制。BJ金屬打印對(duì)墨量非常敏感，每層噴墨過(guò)多或過(guò)少都會(huì)影響打印質(zhì)量。易制科技采用波形調(diào)節(jié)技術(shù)控制噴墨頭墨滴大小，然后區(qū)分輪廓區(qū)域（精度描述）和填充區(qū)域（強(qiáng)度和墨量描述）進(jìn)行噴點(diǎn)調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)精細(xì)化墨量調(diào)節(jié)。

3.輪廓精準(zhǔn)還原技術(shù)：內(nèi)偏輪廓算法



輪廓是有一定”寬度“的，這會(huì)影響零件尺寸，造成尺寸偏大。傳統(tǒng)的輪廓環(huán)偏移算法對(duì)橫向墨水滲透和筆寬外偏進(jìn)行補(bǔ)償，會(huì)因偏移算法的自身缺陷而丟失輪廓細(xì)節(jié)。內(nèi)偏輪廓算法只根據(jù)輪廓矢量數(shù)據(jù)進(jìn)行輪廓內(nèi)部”擴(kuò)寬“，不對(duì)輪廓數(shù)據(jù)產(chǎn)生任何影響，如下圖所示。



4.自適應(yīng)容堵技術(shù)



如果能把少數(shù)堵塞噴孔造成的打印缺陷分散在零件內(nèi)部，而不是聚集在某一位置，零件的性能是可以容許一些噴墨缺陷存在的。容堵打印控制技術(shù)通過(guò)RIP算法調(diào)整每個(gè)噴頭每次打印的數(shù)據(jù)，在打印中實(shí)現(xiàn)當(dāng)前層與上下層噴孔的隨機(jī)換位，從而有效避免因噴孔堵塞造成的局部噴墨不佳而出現(xiàn)斷裂的情況。



5.全自動(dòng)上送粉鋪粉系統(tǒng)

●全自動(dòng)上粉
●粉末高兼容性
●高致密度鋪粉
●高均勻性鋪粉
●集成自研”粉閥“，粉末傳輸關(guān)停自由
整個(gè)鋪粉機(jī)構(gòu)是將粉末均勻撒在整個(gè)工作面，然后壓實(shí)的。

6. 高密度保型粉末
●高坯金屬粉末：粉末粒度減小，燒結(jié)活性很高；同時(shí)提高松裝密度，保證流動(dòng)性。
●高保型金屬粉末：球型粉末保型性較差�？梢圆捎盟畾饴�(lián)合霧化粉和氣霧化粉相結(jié)合的方式，使得粉末保型，同時(shí)提高粉末流動(dòng)性，以利于鋪粉。

7.低殘余環(huán)保水性墨水
什么樣的粘接劑合適呢？蔡道生表示這個(gè)問(wèn)題沒(méi)有什么嚴(yán)格的規(guī)定，但是有一定的基本要求。從生產(chǎn)級(jí)角度出發(fā)，需要粘接劑環(huán)保，同時(shí)在高溫?zé)�結(jié)中殘余很少，對(duì)零件性能沒(méi)有什么負(fù)面影響。粘結(jié)劑滲透率需要控制在一定范圍。他還表示，對(duì)于不同的粉末一般使用不同的粘結(jié)劑。

三、已集成多種新技術(shù)的新裝備
最后，蔡道生董事長(zhǎng)介紹了易制科技新一代BJ打印設(shè)備M400Pro，目前還未正式發(fā)布，此款產(chǎn)品集成了各種技術(shù)，主要特點(diǎn)是自動(dòng)化、密閉性。



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易制科技是粘結(jié)劑噴射代表性企業(yè)