BJ粘結(jié)劑噴射技術(shù)——驅(qū)動(dòng)工業(yè)制造升級(jí)的新質(zhì)生產(chǎn)力

來(lái)源：三帝科技

在當(dāng)今工業(yè)制造領(lǐng)域，技術(shù)的革新正以前所未有的速度推動(dòng)著產(chǎn)業(yè)升級(jí)。其中，粘結(jié)劑噴射（BJ）技術(shù)，因其無(wú)模制造、高效率、低成本、大尺寸零部件制造等優(yōu)勢(shì)，正在改變傳統(tǒng)的生產(chǎn)模式，并展現(xiàn)出批量產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的巨大潛力，成為賦能傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的新質(zhì)生產(chǎn)力。

近年來(lái)，隨著材料體系的豐富和技術(shù)工藝的不斷突破，BJ技術(shù)迅猛增長(zhǎng)。據(jù)SmarTech預(yù)測(cè)，至2030年，全球BJ技術(shù)的產(chǎn)值可達(dá)540億美元（約3500億人民幣）。BJ粘結(jié)劑噴射是一種基于粉末床工藝和噴墨原理的3D打印技術(shù)，打印出的原型件（綠坯）采用MIM（金屬注射成形）技術(shù)中的脫脂、燒結(jié)工藝完成粘結(jié)劑脫除和坯體的致密化，得到最終零件。作為一種高效率、低成本的3D打印技術(shù)，BJ技術(shù)既綜合了3D打印的自由度和效率優(yōu)勢(shì)，也兼容了粉末冶金標(biāo)準(zhǔn)化的材料體系。因而在提升傳統(tǒng)粉末冶金的制造能力、降低成本、加快研發(fā)周期以及實(shí)現(xiàn)復(fù)雜結(jié)構(gòu)、大尺寸產(chǎn)品制造方面可發(fā)揮重要作用。

△圖片來(lái)自：Colibrium Additive / GKN Additive

國(guó)際大廠看好BJ技術(shù)的市場(chǎng)潛力，紛紛入局。GE通用電氣自2016年開(kāi)始布局BJ技術(shù)，后旗下Colibrium Additive推出Series 3金屬粘結(jié)劑噴射系統(tǒng)。與汽車(chē)制造商合作生產(chǎn)輕量化、高性能的汽車(chē)零部件，提升整車(chē)性能。HP惠普基于熱噴墨（TIJ）專(zhuān)業(yè)經(jīng)驗(yàn)，于2018年推出HP Metal Jet技術(shù)，并在4年后推出HP Metal Jet S100金屬打印解決方案。GKN Additive采用HP Metal Jet技術(shù)進(jìn)行汽車(chē)和工業(yè)零部件的批量生產(chǎn)，MIM行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者Parmatech采用HP Metal Jet技術(shù)用于復(fù)雜形狀的精密手術(shù)工具的制造。

△三帝科技BJ金屬/陶瓷打印機(jī)3DPTEK-J160R、3DPTEK-J400P/800P

作為制造業(yè)大國(guó)，中國(guó)對(duì)BJ技術(shù)的市場(chǎng)需求更為迫切。國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的3D打印裝備與快速制造服務(wù)提供商北京三帝科技股份有限公司自主掌握BJ技術(shù)設(shè)備、材料、工藝等關(guān)鍵技術(shù)，在小粒徑粉體鋪放、粉床致密度提升、高尺寸精度控制、粘結(jié)劑材料體系開(kāi)發(fā)、脫脂燒結(jié)工藝等方面具備成熟的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)。公司自主研制的3DPTEK-J160R/J400P/J800P系列化粘結(jié)劑噴射打印設(shè)備及其成型工藝，集成了精準(zhǔn)供料系統(tǒng)、高致密鋪粉系統(tǒng)和高精度噴墨打印控制系統(tǒng)，解決了小粒徑低流動(dòng)性粉末鋪放與成型致密度關(guān)鍵共性技術(shù)，突破了高分辨率、高精度噴墨控制關(guān)鍵技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)800-1200dpi高分辨率打印成型，成型精度優(yōu)于±0.1mm，成型效率最高可達(dá)3600cc/h，相關(guān)技術(shù)指標(biāo)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。

  

△BJ金屬樣件

三帝科技在多年BJ技術(shù)研究中逐步形成了健全的粘結(jié)劑材料成型工藝體系。基于水基環(huán)保型粘結(jié)劑和溶劑基高效粘結(jié)劑兩大種類(lèi)形成的20余種工藝配方，對(duì)粘結(jié)劑理化特性、粘結(jié)劑與粉末的相互作用進(jìn)行了系統(tǒng)性研究分析，開(kāi)發(fā)相應(yīng)的成型工藝和脫脂燒結(jié)等后處理工藝，實(shí)現(xiàn)了適用于不銹鋼、工模具鋼、鈦合金、銅合金、高溫合金、硬質(zhì)合金等金屬材料，碳化硅（SiC）等陶瓷材料以及PMX晶態(tài)蠟、無(wú)機(jī)鹽、食品、藥品、高分子復(fù)合材料等非金屬材料的成型工藝。同時(shí)，通過(guò)對(duì)高致密度脫脂燒結(jié)成型工藝的系統(tǒng)研究，實(shí)現(xiàn)了對(duì)脫脂燒結(jié)過(guò)程中金屬與陶瓷產(chǎn)品的控形與控性，對(duì)脫脂燒結(jié)后的成品質(zhì)量實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)把控，產(chǎn)品性能優(yōu)于MIM國(guó)際材料標(biāo)準(zhǔn)的力學(xué)性能。

  

△BJ陶瓷樣件

在實(shí)現(xiàn)自主技術(shù)創(chuàng)新的同時(shí)，三帝科技逐步完成BJ標(biāo)準(zhǔn)制造工藝流程的搭建，并在全國(guó)建立分布式打印服務(wù)中心，為客戶(hù)研制基于BJ技術(shù)的產(chǎn)品制造工藝，推動(dòng)其走向市場(chǎng)應(yīng)用。此外，公司聯(lián)合深圳職業(yè)技術(shù)大學(xué)共建了增材制造技術(shù)聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，聯(lián)合深圳清華大學(xué)研究院、上海交通大學(xué)、北京科技大學(xué)等科研院所相關(guān)團(tuán)隊(duì)共同開(kāi)展粘結(jié)劑噴射成型等材料、工藝與應(yīng)用的基礎(chǔ)技術(shù)研究，推動(dòng)在工業(yè)模具、刀具、3C電子等產(chǎn)品，及復(fù)雜、異形大尺寸陶瓷產(chǎn)品等領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。

3C電子領(lǐng)域，產(chǎn)品日趨多樣化、復(fù)雜化、精細(xì)化的市場(chǎng)需求對(duì)制造技術(shù)提出了挑戰(zhàn)，傳統(tǒng)制造技術(shù)存在制造難度大、良品率低、成本高等眾多局限，尤其是鈦合金等難加工輕質(zhì)材料實(shí)現(xiàn)難度更高。三帝科技成功突破傳統(tǒng)鈦合金成形制造技術(shù)壁壘，基于BJ技術(shù)實(shí)現(xiàn)了鈦合金等活潑金屬的快速成型制造，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜結(jié)構(gòu)3C電子產(chǎn)品零部件快速近凈成形的同時(shí)簡(jiǎn)化了制造工藝，降低了生產(chǎn)制造成本。

△基于三帝科技自主BJ技術(shù)制造的典型3C產(chǎn)品零部件，最小結(jié)構(gòu)尺度0.4mm，燒結(jié)后致密度優(yōu)于99%

食品藥品領(lǐng)域，針對(duì)日益增長(zhǎng)的多元化、個(gè)性化、精準(zhǔn)化飲食市場(chǎng)需求，三帝科技聯(lián)合中國(guó)農(nóng)科院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所，基于自主研發(fā)的BJ設(shè)備，開(kāi)展技術(shù)裝備適配性研究與裝備集成，研發(fā)以食品水凝膠為原料的易吞咽食品和以食品基顆粒為原料的特殊造型食品，并對(duì)其安全性、可靠性等進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，最終實(shí)現(xiàn)個(gè)性化食品增材制造與智能化加工裝備的產(chǎn)業(yè)化示范應(yīng)用。

模具領(lǐng)域，針對(duì)具有復(fù)雜型面、精細(xì)紋理結(jié)構(gòu)模具制造難度大的問(wèn)題，基于三帝科技BJ技術(shù)可實(shí)現(xiàn)300mm×200mm×150mm尺度范圍內(nèi)高復(fù)雜度、高精細(xì)度的金屬模具制造，最小紋理表達(dá)尺度約0.26-0.3mm，同時(shí)突破大尺寸非典型結(jié)構(gòu)金屬零部件燒結(jié)致密化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了控形控性燒結(jié)，燒結(jié)性能滿(mǎn)足實(shí)際應(yīng)用需求。
隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和創(chuàng)新，BJ技術(shù)有望在未來(lái)的工業(yè)制造中扮演更加關(guān)鍵的角色，其對(duì)制造成本、效率和品質(zhì)的積極影響，也必將進(jìn)一步推動(dòng)這一技術(shù)在3C電子、模具、汽車(chē)、五金、工具、刀具、醫(yī)療器械、運(yùn)動(dòng)器材等行業(yè)形成千億級(jí)規(guī)模的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。

關(guān)于三帝科技
北京三帝科技股份有限公司(3D Printing Technology, Inc. )是一家3D打印裝備與快速制造服務(wù)提供商，國(guó)家級(jí)“專(zhuān)精特新”小巨人企業(yè)，工信部增材制造典型應(yīng)用場(chǎng)景供應(yīng)商。同時(shí)擁有激光和粘結(jié)劑噴射3D打印設(shè)備和材料技術(shù)及應(yīng)用工藝，業(yè)務(wù)涵蓋3D打印裝備、原材料的研發(fā)及生產(chǎn)、金屬成品件快速制造服務(wù)、3D打印工藝技術(shù)支持服務(wù)等，建立了完整的3D打印快速制造產(chǎn)業(yè)鏈，廣泛應(yīng)用于航空航天、船舶泵閥、汽車(chē)、能源動(dòng)力、工業(yè)機(jī)械、軌道交通、3C電子、教育科研、雕塑文創(chuàng)、康復(fù)醫(yī)療等行業(yè)。