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

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(jié)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(shù)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(gè)方面進(jìn)行介紹，包括維捷（voxeljet)公司介紹、材料開發(fā)、批量應(yīng)用和技術(shù)總結(jié)。

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(shù)發(fā)明人，引領(lǐng)著全球噴墨砂型3D打印技術(shù)，擁有超過400項(xiàng)發(fā)明專利。而且獨(dú)有PMMA粉末噴墨粘結(jié)打印技術(shù)，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(shè)備，供應(yīng)全球市場。同時(shí)具有本地化備品備件庫和本地化技術(shù)服務(wù)團(tuán)隊(duì)。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(wù)。

技術(shù)優(yōu)勢主要體現(xiàn)在四個(gè)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(shí)正開發(fā)更大的10m的打印機(jī)。
●速度：擁有行業(yè)中較快的打印速度，每層打印時(shí)間可縮短至4s。
●效益：通過本地化服務(wù)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(jī)和按需零件服務(wù)，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)高效的批量生產(chǎn)。

二、材料開發(fā)應(yīng)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(diǎn)有兩個(gè)：HSS高速燒結(jié)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(jié)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(jié)技術(shù)是采用單點(diǎn)的激光熔化粉末狀的聚合物粉末，整個(gè)打印速度比較慢，價(jià)格成本也很高，因此，開發(fā)了HSS高速燒結(jié)技術(shù)，希望3D打印能夠具有規(guī)�；�生產(chǎn)的一個(gè)能力，整體工藝流程如下：



1. 鋪設(shè)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(jié)的部分，從而令油墨吸收足夠的能量，融化材料粉末，實(shí)現(xiàn)固化
4.重復(fù)以上步驟，直至整個(gè)物體打印完成。

HSS技術(shù)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(jié)質(zhì)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(jié)，但是使用HSS技術(shù)可以實(shí)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(shí)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(jié)劑，粘結(jié)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(shè)備



●合適的技術(shù)



●維捷專業(yè)的材料認(rèn)證團(tuán)隊(duì)



●材料開發(fā)聯(lián)盟
維捷與多家知名材料機(jī)構(gòu)、研究所、學(xué)校等建立了很好的關(guān)系。



●材料和設(shè)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(lǐng)域，維捷主要和日本的AGC進(jìn)行合作，開發(fā)了有SiC、SiO2、AL2O3等材料，可以實(shí)現(xiàn)無需支撐結(jié)構(gòu)，沒有幾何節(jié)后限制，但是孔隙度較高，有40%-60%，并且強(qiáng)度有限，需要燒結(jié)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(jī)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(yùn)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(yīng)用



批量應(yīng)用-HSS
●維捷擁有開源系統(tǒng)實(shí)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(jī)具有高度、大尺寸的特點(diǎn)，而且集成了自動(dòng)粉末回收系統(tǒng)
●多個(gè)系統(tǒng)能夠高效互連，自動(dòng)化程度高，具有自動(dòng)去粉等后處理

HSS批量應(yīng)用生產(chǎn)包括以下幾個(gè)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(shí)現(xiàn)最高生產(chǎn)速度。
●中小批量生產(chǎn)：主要應(yīng)用于靈活的批量生產(chǎn)中，比如工廠中的臨時(shí)通知的活。
●原型和預(yù)生產(chǎn)：可以及逆行無支撐結(jié)構(gòu)打印和大型零件的預(yù)制造，更加靈活。

批量應(yīng)用-PMMA
●無人機(jī)二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)


利用PMMA技術(shù)制造的此款發(fā)動(dòng)機(jī)在制造速度和價(jià)格上與傳統(tǒng)鑄造技術(shù)相比很有優(yōu)勢。PMMA對于一些復(fù)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(gè)過程和傳統(tǒng)的精密鑄造一致，唯一的區(qū)別是脫蠟時(shí)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(diǎn)是，脫蠟時(shí)不會出現(xiàn)熱膨脹，不會造成殼膜的開裂。



●航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片



PMMA打印具有一定的強(qiáng)度，可以打印很薄的零件，精細(xì)特征也會比較高。

●進(jìn)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(dá)幾千個(gè)噴嘴，效率比SLS和SLA高的多。
2.適用于600dpi的分辨率，最小細(xì)節(jié)特征可以做到0.4mm，0.5mm的微孔。細(xì)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(shè)備成型尺寸大
5.PMMA蠟?zāi)さ慕Y(jié)構(gòu)疏松，熱膨脹系數(shù)為負(fù)，脫蠟時(shí)不會漲殼。

批量應(yīng)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(jià)格上漲，以及技術(shù)工人短缺
●國家限電
●國外競爭：高端產(chǎn)品供應(yīng)鏈本地化，低端產(chǎn)品來自印度等供應(yīng)商的競爭
●鑄件結(jié)構(gòu)優(yōu)化：包括逐漸薄壁化、復(fù)雜化和集成化。

王澤利還介紹了目前噴墨3D打印的技術(shù)優(yōu)勢，可以概括為大、多、快、省、靈活，而且此種技術(shù)已經(jīng)倍鑄造行業(yè)認(rèn)可，并被廣泛接受。但同時(shí)噴墨3D打印還有一些技術(shù)痛點(diǎn)，比如設(shè)備穩(wěn)定性較差，砂型質(zhì)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(yīng)用



●3D打印-寶馬批量化生產(chǎn)線



維捷和多家機(jī)構(gòu)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(dòng)化生產(chǎn)線集成了五套VX1300X系統(tǒng)，每年可以打印十幾萬個(gè)零件�？梢詫�(shí)現(xiàn)每分鐘制作一個(gè)砂芯，尺寸精度高達(dá)±0.1mm。此次3D打印技術(shù)的引用為產(chǎn)品帶來了附加值的增長。



四、總結(jié)

●VX200打印機(jī)特別適合材料開發(fā)
●噴墨3D打印技術(shù)用于量產(chǎn)正逐步成為現(xiàn)實(shí)
●根據(jù)用戶產(chǎn)品需求，選擇合適的3D打印和自動(dòng)化技術(shù)是成功應(yīng)用的關(guān)鍵。

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