三帝科技：BJ金屬增材制造的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用

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(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)自北京三帝科技股份有限公司的產(chǎn)品技術(shù)副總趙浩博士以”BJ金屬增材制造的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用“為題展開了分享。三帝科技目前的產(chǎn)品技術(shù)有哪些？BJ金屬設(shè)備工藝都有什么特點(diǎn)？目前BJ金屬產(chǎn)業(yè)化的領(lǐng)域有哪些？讓我們聽一聽趙浩博士是如何做出解答的。

在此次分享中，趙浩博士主要圍繞四個(gè)方面進(jìn)行分享，包括三帝科技的產(chǎn)品技術(shù)介紹、增材制造行業(yè)發(fā)展、BJ設(shè)備技術(shù)介紹以及BJ產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用探討。

一、產(chǎn)品技術(shù)介紹

趙浩博士首先介紹了公司的基本情況，三帝科技28年專注于3D打印智能裝備及復(fù)雜金屬件快速制造服務(wù)，建有全國(guó)3D打印設(shè)備網(wǎng)絡(luò)及分布式制造服務(wù)網(wǎng)絡(luò)，為用戶提供優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品及解決方案。三帝科技自主研發(fā)3DP噴墨砂型，BJ粘結(jié)劑噴射金屬等”線掃描“增材制造技術(shù)及裝備，向設(shè)備用戶提供完善的增材制造解決方案，向終端用戶提供復(fù)雜金屬件快速制造服務(wù)，應(yīng)用領(lǐng)域包括航空航天、汽車、船舶、泵閥、工程機(jī)械、檢測(cè)儀器、科研教育行業(yè)等。

三帝科技的產(chǎn)品技術(shù)主要有：

●設(shè)備：包括激光3D打印系列設(shè)備（SLS/SLM）和粘結(jié)劑噴射系列設(shè)備(3DP/BJM)，其中BJ粘結(jié)劑噴射金屬R型設(shè)備主要用于科研，L和P型主要用于生產(chǎn)。

●材料：材料方面主要分為非金屬材料和金屬材料。同時(shí)，公司自主研發(fā)了適用于不銹鋼、硬質(zhì)合金、銅合金等20多種材料的5大系列粘結(jié)劑，并可根據(jù)材料定制，能滿足絕大多數(shù)行業(yè)的需求。

●制造服務(wù)：公司提供模具制造和成品交付。其中模具制造主要基于SLS工藝和3DP噴墨砂型工藝，成品交付主要采用3DP、BJM、SLS等快速成型技術(shù)，結(jié)合金屬鑄造、金屬燒結(jié)、機(jī)加工等，覆蓋高端制造業(yè)金屬成品的快速市場(chǎng)需求。

目前公司在全國(guó)設(shè)有十余個(gè)分布式智造中心，能夠?yàn)楦魇∈械挠脩籼峁┛焖僦圃旆��?wù)，形成了3DP+BJM+PBF的全尺寸、全鏈路、多材料的綜合服務(wù)能力。總部和研發(fā)基地在北京，設(shè)備生產(chǎn)基地在安徽。在陜西和安徽布局了兩個(gè)鑄造中心，可以通過(guò)3D打印和鑄造復(fù)合工藝直接交付成品件。

二、增材制造行業(yè)發(fā)展

當(dāng)前3D打印處于高速發(fā)展的狀態(tài)，其中中國(guó)的3D打印市場(chǎng)年均增長(zhǎng)率超過(guò)25%，發(fā)展?jié)摿�巨大。�?guó)內(nèi)政策扶持力度也進(jìn)一步加大，已推出包括《國(guó)家增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進(jìn)計(jì)劃》等數(shù)十個(gè)3D打印相關(guān)政策。3D打印是一個(gè)綜合性的制造工藝，能夠制造復(fù)雜件，降低其成本，在新產(chǎn)品的開發(fā)階段，3D打印能夠代替?zhèn)鹘y(tǒng)制造工藝，實(shí)現(xiàn)新產(chǎn)品的快速交付。相對(duì)于傳統(tǒng)的規(guī)�；�生產(chǎn)來(lái)講，過(guò)去的激光3D打印1.0技術(shù)仍然存在效率低、成本高的問(wèn)題，主要是在航空航天和醫(yī)療等高附加值領(lǐng)域取得應(yīng)用，很難進(jìn)行規(guī)�；�的生產(chǎn)。但隨著線掃描2.0技術(shù)的出現(xiàn)，使得3D打印成本大幅度降低，真正成為一種批量化生產(chǎn)的技術(shù)。

3D打印行業(yè)主要經(jīng)歷了四個(gè)發(fā)展階段：
●1980~2009年：技術(shù)發(fā)明浪潮
●2009~2015年：商業(yè)化應(yīng)用浪潮，3D打印行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)逐步建立
●2016~2021年：中國(guó)產(chǎn)品鏈構(gòu)建與本土化
●2022+：產(chǎn)品深度融合，走向規(guī)�；�快速柔性制造應(yīng)用

從各種3D打印技術(shù)和其成熟度上來(lái)看，3DP砂型快速鑄造工藝較為成熟，BJ粘結(jié)劑噴射技術(shù)相對(duì)來(lái)說(shuō)還沒(méi)有足夠的產(chǎn)業(yè)化，但已經(jīng)處于產(chǎn)業(yè)化的前夕，整個(gè)技術(shù)流程已經(jīng)走通，主要是細(xì)節(jié)處理的探索。

三、BJ設(shè)備技術(shù)介紹
設(shè)備介紹

三帝科技自主研發(fā)的BJ粘結(jié)劑噴射金屬打印系列設(shè)備已有十余臺(tái)設(shè)備裝機(jī)使用，主要用于科研、MIM行業(yè)新產(chǎn)品開發(fā)和復(fù)雜精密零件的小批量生產(chǎn)。設(shè)備主要突破了1200DPI高分辨率打印、震動(dòng)落料技術(shù)、致密化鋪粉技術(shù)、在線監(jiān)測(cè)技術(shù)、可更換成型缸技術(shù)等，達(dá)到國(guó)際主流設(shè)備技術(shù)水平。

目前，三帝科技自主研發(fā)的BJ設(shè)備分為研發(fā)型、生產(chǎn)型兩個(gè)系列。研發(fā)型設(shè)備J120R尺寸較小，操作靈活便捷，適合高校、科研院所等開發(fā)新材料；研發(fā)型設(shè)備J380R具有380mm的成型尺寸，能夠?qū)崿F(xiàn)中小批量的生產(chǎn)，支持陶瓷、石膏、無(wú)機(jī)鹽的材料打印。生產(chǎn)型系列設(shè)備J380P,成型尺寸略有增加，配備了V+精準(zhǔn)落粉系統(tǒng)、雙輥復(fù)合高致密鋪粉系統(tǒng)等，打印效率也得到了提高，分辨率也達(dá)到了較高水平，成型材料包括模具鋼、工具鋼、陶瓷、鎳基材料等。

材料介紹

對(duì)于BJ粘結(jié)劑噴射技術(shù)，每一種材料對(duì)粘結(jié)劑的成分都有差異化要求，趙浩博士表示，三帝科技具備粘結(jié)劑配方的自主設(shè)計(jì)能力，能夠滿足客戶新材料、新應(yīng)用對(duì)定制粘結(jié)劑的開發(fā)需求。目前，已成功開發(fā)了系列BJ專用粘結(jié)劑配方，適用于鐵基合金、輕金屬合金、有機(jī)玻璃、陶瓷等20余種基體材料。

四、產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用探討

MIM行業(yè)是目前BJ粘結(jié)劑噴射技術(shù)的主要應(yīng)用場(chǎng)景，因?yàn)槎�者的后端程序是一致的。BJ粘結(jié)劑噴射技術(shù)工藝可以替代模具進(jìn)行生坯階段的制造，這樣有利于新產(chǎn)品的快速開發(fā)�？梢酝ㄟ^(guò)BJ粘結(jié)劑噴射技術(shù)工藝將流程走通，再進(jìn)行模具開發(fā)，從而提高開模成功率，降低風(fēng)險(xiǎn)。采用BJ粘結(jié)劑噴射技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)新材料和新應(yīng)用的快速開發(fā)，可以便捷、柔性地更換材料和設(shè)計(jì)。BJ完全可以進(jìn)行中小批量復(fù)雜內(nèi)腔結(jié)構(gòu)的無(wú)模制造和快速柔性制造。傳統(tǒng)的MIM行業(yè)在制造大尺寸結(jié)構(gòu)件方面較為困難，而BJ技術(shù)能夠很好的解決這個(gè)問(wèn)題。另外，梯度材料零件制造為MIM多材料集成提供了更多的可能性。

BJ粘結(jié)劑噴射技術(shù)的另一個(gè)應(yīng)用場(chǎng)景是終端產(chǎn)品，例如內(nèi)冷刀具、鉆頭及復(fù)雜刀體產(chǎn)品，結(jié)合了粉末冶金技術(shù)，可提升刀具的力學(xué)性能，還可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜內(nèi)腔結(jié)構(gòu)。

此外，從金屬3D打印個(gè)性化、定制化、柔性化快速制造的廣泛應(yīng)用需求來(lái)看，比如三帝科技目前在做的3D打印鈦合金耳內(nèi)式助聽器，可以根據(jù)人的不同耳道結(jié)構(gòu)進(jìn)行定制化生產(chǎn)，舒適度更高。傳統(tǒng)的制造業(yè)有兩大核心需求，一方面要高效率、低成本；另一方面要快速響應(yīng)市場(chǎng)需求。過(guò)去的解決方案無(wú)法兼顧，而BJ工藝可以同時(shí)滿足上述需求。同時(shí)，由于目前全球供應(yīng)鏈的影響，人們對(duì)于按需制造、”零庫(kù)存“的需求日益增長(zhǎng)，BJ工藝可以在此方面發(fā)揮優(yōu)勢(shì)。

技術(shù)優(yōu)勢(shì)、問(wèn)題和挑戰(zhàn)

●作為終端用戶，如何考慮是否選擇BJM技術(shù)？
趙浩博士給出了一些參考意見，用戶需要計(jì)算產(chǎn)能。計(jì)算每公斤的成本，一般來(lái)說(shuō)會(huì)略高于MIM，遠(yuǎn)低于SLM，所以中小批量的生產(chǎn)完全可以考慮BJ工藝。另一個(gè)很重要的考量因素就是中小批量，可以判斷是否有必要生產(chǎn)模具。最后一點(diǎn)就是BJ的兼容性很高，屬于”即插即用“型設(shè)備。

●目前BJ技術(shù)主要存在三個(gè)方面的問(wèn)題和挑戰(zhàn)：
1.操作流程自動(dòng)化：清粉、取件環(huán)節(jié)仍需要大量人工。
2.燒結(jié)精度控制：易發(fā)生變形，復(fù)雜件需要額外的仿真預(yù)測(cè)工作。
3.空間均勻性：對(duì)于尺寸要求極高的零件，隨著重力、氣流的影響將導(dǎo)致材料幾何性能、物理性能一致性降低，對(duì)于薄壁零件和大尺度的零件來(lái)說(shuō)，是一個(gè)極大的挑戰(zhàn)。

總結(jié)與展望
3D打印行業(yè)是一個(gè)快速發(fā)展的行業(yè)，新一代線掃描技術(shù)為3D打印的發(fā)展提供了新的動(dòng)能。三帝科技依托全國(guó)服務(wù)網(wǎng)絡(luò)和BJM自主核心技術(shù)，竭誠(chéng)為客戶提供優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品和服務(wù)。BJM未來(lái)三大應(yīng)用場(chǎng)景為MIM行業(yè)、重點(diǎn)應(yīng)用行業(yè)以及快速制造行業(yè)。目前技術(shù)仍然處于首批應(yīng)用開發(fā)階段，三帝科技愿與行業(yè)同仁開放合作，共謀發(fā)展！

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