Binder Jet 3D tisk

Přehled 3D tisku Binder Jet

Binder jet 3D tisk, často známý jako inkoustový práškový tisk, je průlomová technologie, která rychle mění prostředí aditivní výroby. Na rozdíl od tradičních metod 3D tisku využívá tryskový tisk pojiva, které selektivně spojuje oblasti práškového lože. Tento proces se opakuje vrstvu po vrstvě a vytváří trojrozměrný objekt.

Čím se liší tryskání pojiva? Je rychlejší, univerzálnější a umožňuje použití široké škály materiálů, od kovů přes keramiku až po kompozity. V tomto článku se ponoříme do světa 3D tisku metodou binder jet, prozkoumáme jeho složitosti, aplikace a specifické kovové prášky, díky nimž vyniká.

Složení Binder Jet 3D tisk

3D tisk metodou Binder jet zahrnuje jedinečnou kombinaci materiálů a procesů. Zde je bližší pohled na základní komponenty a jejich úlohy:

Klíčové součásti

• Práškové lůžko: Základní materiál, kterým může být kov, keramika nebo kompozitní prášek.
• Vazba: Lepidlo, které selektivně spojuje částice prášku.
• Tisková hlava: Uloží pojivo v přesném vzoru.
• Mechanismus obnovy nátěru: Po každém kroku vázání nanese novou vrstvu prášku.

Tabulka: Běžné kovové prášky používané při 3D tisku v pojivu

Kovový prášek	Kompozice	Vlastnosti	Charakteristiky
Nerezová ocel 316L	Fe, Cr, Ni, Mo	Vysoká odolnost proti korozi, tažnost	Ideální pro námořní a lékařské aplikace
Inconel 625	Ni, Cr, Mo, Nb	Vysoká pevnost, vynikající odolnost proti únavě	Vhodné pro letecký a chemický průmysl
Měď	Cu	Vysoká elektrická a tepelná vodivost	Používá se v elektrických součástkách
Titan Ti6Al4V	Ti, Al, V	Vysoký poměr pevnosti a hmotnosti	Běžně se používá v leteckém a biomedicínském průmyslu.
Hliník AlSi10Mg	Al, Si, Mg	Lehké, dobré mechanické vlastnosti	Používá se v automobilovém a leteckém průmyslu
Kobalt-chrom (CoCr)	Co, Cr, Mo	Vysoká odolnost proti opotřebení a korozi	Ideální pro zubní a ortopedické implantáty
Nástrojová ocel M2	Fe, Mo, Cr, V, W	Vysoká tvrdost a odolnost proti opotřebení	Používá se v řezných nástrojích a průmyslových aplikacích
Slitina niklu 718	Ni, Cr, Fe, Nb, Mo	Vysoká pevnost a odolnost proti korozi	Běžné v letectví a energetice
Bronz	Cu, Sn	Vysoká pevnost a odolnost proti opotřebení	Používá se v sochařství a průmyslových aplikacích
Karbid wolframu (WC)	W, C	Extrémně tvrdé a husté	Používá se v řezných nástrojích a dílech odolných proti opotřebení.

Analýza složení

Složení kovových prášků významně ovlivňuje konečné vlastnosti tištěného objektu. Například nerezová ocel 316L má vynikající odolnost proti korozi, takže je vhodná pro námořní a lékařské aplikace. Naproti tomu titan Ti6Al4V s vysokým poměrem pevnosti a hmotnosti je základem v leteckém průmyslu a biomedicíně.

Charakteristika Binder Jet 3D tisk

Pochopení vlastností 3D tisku pomocí trysky pojiva je zásadní pro pochopení jeho výhod a omezení.

Klíčové charakteristiky

• Rychlost: Binder jetting je jednou z nejrychlejších dostupných technologií 3D tisku.
• Materiálů rozmanitost: Umožňuje tisknout kovy, keramiku a kompozity.
• Není třeba podpůrných konstrukcí: Samotné práškové lože slouží jako podpěra.
• Následné zpracování: Často vyžaduje spékání po tisku, aby se zlepšily mechanické vlastnosti.
• Rozlišení: Tisk ve vysokém rozlišení, vhodný pro složité vzory.

Tabulka: Klíčové charakteristiky 3D tisku Binder Jet

Charakteristika	Popis
Rychlost tisku	Rychlé, ideální pro velkovýrobu
Rozsah materiálu	Široký záběr, zahrnuje kovy, keramiku a kompozity.
Podpůrné struktury	Není nutné, práškové lože slouží jako podpěra
Následné zpracování	Spékání nebo infiltrace nutné pro dosažení konečné pevnosti
Rozlišení tisku	Vysoká, lze vytvářet detailní a složité geometrie
Dopad na životní prostředí	Nižší než při tradiční výrobě díky menšímu množství odpadního materiálu
Nákladová efektivita	Úsporné pro velkosériovou výrobu

Výhody a nevýhody

Výhody

1. Vysoká rychlost výroby: Vhodné pro velkosériovou výrobu.
2. Všestranné použití materiálu: Dokáže zpracovávat širokou škálu materiálů, takže se dá přizpůsobit různým průmyslovým odvětvím.
3. Nejsou potřeba žádné podpůrné konstrukce: Snižuje plýtvání materiálem a dobu následného zpracování.
4. Podrobné geometrie: Tisk ve vysokém rozlišení umožňuje vytvářet složité vzory a komplexní geometrie.

Nevýhody

1. Požadované následné zpracování: K dosažení požadovaných vlastností materiálu je často nutné spékání a infiltrace.
2. Náklady na počáteční nastavení: Vysoká počáteční investice do vybavení a materiálu.
3. Omezení materiálu: Ne všechny materiály jsou vhodné pro tryskání pojivem, zejména ty, které vyžadují vysoké teploty.

Aplikace 3D tisku Binder Jet

Binder jet 3D tisk se díky své univerzálnosti a efektivitě používá v různých průmyslových odvětvích. Zde se podívejte na některé klíčové aplikace:

Tabulka: Aplikace 3D tisku Binder Jet

Průmysl	APLIKACE
Letectví a kosmonautika	Součásti motorů, lopatky turbín, konstrukční díly
Automotivní	Prototypy, lehké díly, zakázkové komponenty
Medical	Implantáty, protézy, chirurgické nástroje
Zubní lékařství	Korunky, můstky, ortodontické pomůcky
Spotřební zboží	Šperky, umění na zakázku, domácí dekorace
Průmyslová zařízení	Nástroje, formy a přípravky
Elektronika	Chladiče, konektory, zakázkové skříně
Architektura	Modely v měřítku, stavební komponenty na zakázku
Umění a sochařství	Sochy, složité umělecké návrhy
Energie	Součásti turbín, palivové trysky, výměníky tepla

Případové studie a příklady

• Letectví a kosmonautika: V leteckém průmyslu se tryskání pojivem používá k výrobě složitých lopatek turbín s vnitřními chladicími kanály, které nelze vyrobit tradičními metodami.
• Medical: Tryskání pojiva umožňuje výrobu implantátů specifických pro pacienta, které jsou přizpůsobeny individuálním anatomickým požadavkům a zlepšují regeneraci a výkonnost.
• Automotivní: Automobilový průmysl těží z tryskání pojiva díky vytváření lehkých a vysoce pevných součástí, které zlepšují palivovou účinnost a výkon.

Specifikace, velikosti, třídy a normy

Znalost specifikací, velikostí, tříd a standardů materiálů pro 3D tisk pomocí pojiva je zásadní pro zajištění kvality a výkonu.

Tabulka: Specifikace kovových prášků pro 3D tisk pomocí pojiva

Kovový prášek	Velikost (mikrony)	Hodnost	Normy
Nerezová ocel 316L	15-45	ASTM F3184	ISO 9001, ASTM A240
Inconel 625	15-53	AMS 5666	ISO 9001, AMS 5662
Měď	10-50	ASTM B170	ISO 9001, ASTM B187
Titan Ti6Al4V	15-45	ASTM F2924	ISO 9001, ASTM B348
Hliník AlSi10Mg	20-63	DIN EN 1706	ISO 9001, ASTM B209
Kobalt-chrom (CoCr)	15-53	ASTM F75	ISO 9001, ASTM F1537
Nástrojová ocel M2	15-53	ASTM A600	ISO 9001, ASTM A681
Slitina niklu 718	15-53	AMS 5662	ISO 9001, AMS 5596
Bronz	10-50	ASTM B427	ISO 9001, ASTM B584
Karbid wolframu (WC)	15-45	ISO 9001	ISO 9001, ASTM B777

Význam norem

Dodržování norem, jako je ISO 9001, zajišťuje, že materiály používané při 3D tisku pomocí pojivového paprsku splňují přísná kritéria kvality a výkonu. To je obzvláště důležité v průmyslových odvětvích, jako je letectví a lékařství, kde selhání součástek nepřipadá v úvahu.

Dodavatelé a podrobnosti o cenách

Výběr správného dodavatele je zásadní pro získání vysoce kvalitních kovových prášků a pojiv pro 3D tisk metodou binder jet.

Tabulka: Dodavatelé a ceny kovových prášků

Dodavatel	Kovový prášek	Cena (za kg)	Umístění	Webové stránky
Přísady GKN	Nerezová ocel 316L	$120	Globální	Přísady GKN
Tesařská technologie	Inconel 625	$400	USA	Tesařská technologie
Höganäs	Měď	$90	Globální	[Höganäs](https://www.hoganas.com
LPW Technologie	Titan Ti6Al4V	$300	Spojené království	LPW Technologie
Equispheres	Hliník AlSi10Mg	$150	Kanada	Equispheres
EOS GmbH	Kobalt-chrom (CoCr)	$500	Německo	EOS GmbH
Sandvik	Nástrojová ocel M2	$200	Švédsko	Sandvik
Praxair Surface Technologies	Slitina niklu 718	$450	USA	Praxair
Rio Tinto	Bronz	$100	Globální	Rio Tinto
Globální wolfram a prášky	Karbid wolframu (WC)	$600	USA	GTP

Výběr dodavatele

Při výběru dodavatele zvažte faktory, jako je cena, kvalita materiálu a blízkost. Dodavatelé jako GKN Additive a Carpenter Technology nabízejí vysoce kvalitní materiály a mají celosvětovou působnost, což zajišťuje spolehlivé dodavatelské řetězce.

Výhody a nevýhody Binder Jet 3D tisk

Každá technologie má své silné a slabé stránky. Zde je podrobné srovnání výhod a nevýhod 3D tisku pomocí pojivového paprsku:

Tabulka: Výhody a nevýhody 3D tisku Binder Jet

Aspekt	Výhody	Nevýhody
Rychlost	Rychlá výroba, ideální pro sériovou výrobu	U složitých objektů může být zapotřebí více běhů
Rozmanitost materiálů	Lze použít širokou škálu materiálů	Ne všechny materiály jsou kompatibilní
Podpůrné struktury	Není třeba dalších podpěr	Práškové lože může vyžadovat rozsáhlé následné zpracování
Cena	Ekonomické pro velkovýrobu	Vysoké počáteční náklady na zřízení
Rozlišení	Vysoká úroveň detailů, možnost složitých návrhů	Rozlišení může být nižší než u některých jiných metod 3D tisku.
Dopad na životní prostředí	Nižší materiálový odpad ve srovnání s tradičními metodami	Vyžaduje pečlivou likvidaci použitého prášku

Podrobná analýza

• Rychlost: Jednou z nejvýznamnějších vlastností tryskání pojivem je jeho rychlost. To z něj činí atraktivní volbu pro průmyslová odvětví, která chtějí rychle rozšířit výrobu. U extrémně složitých návrhů však může být nutné tisknout více sérií, což může výhodu rychlosti kompenzovat.
• Rozmanitost materiálů: Možnost použití různých materiálů, od kovů po keramiku, dává tryskání pojivem univerzální výhodu. Tato technologie však není univerzálně kompatibilní se všemi materiály, zejména s těmi, které vyžadují vysoký bod tání.
• Podpůrné struktury: Práškové lože slouží jako přirozená podpora, díky čemuž odpadá potřeba dalších konstrukcí a snižuje se plýtvání materiálem. To však může vést k nutnosti rozsáhlejšího následného zpracování za účelem odstranění přebytečného prášku.
• Cena: Tryskání pojiva je pro velkovýrobu nákladově efektivní, ale počáteční investice do zařízení a materiálů může být vysoká. To ji činí méně dostupnou pro malé podniky nebo individuální hobby.
• Rozlišení: Ačkoli tryskání do pojiva nabízí vysoké rozlišení, které umožňuje vytvářet detailní a složité návrhy, nemusí se vyrovnat přesnosti některých jiných metod 3D tisku, jako je SLS nebo SLA.

Srovnání Binder Jet 3D tisk k ostatním metodám 3D tisku

Binder jetting není jedinou technologií 3D tisku. Podívejte se, jak si stojí v porovnání s některými dalšími populárními metodami:

Tabulka: Srovnání 3D tisku Binder Jet s ostatními metodami

Aspekt	Binder Jet 3D tisk	Tavené depoziční modelování (FDM)	Selektivní laserové slinování (SLS)
Rychlost	Rychlé, vhodné pro velké dávky	Pomalejší, vhodnější pro prototypy	Středně těžký, vhodný pro detailní díly
Rozsah materiálu	široký, zahrnuje kovy, keramiku, kompozity	Omezené, hlavně plasty	široká, především polymery a některé kovy
Podpůrné struktury	Není vyžadováno	Požadované	Není vyžadováno
Cena	Vysoké počáteční náklady, hospodárné pro hromadnou výrobu	Nižší počáteční náklady, vyšší náklady na díl	Vysoké počáteční náklady a náklady na jeden díl
Rozlišení	Vysoká, ale může se lišit	Střední	Vysoký, velmi detailní
Následné zpracování	Často vyžadováno (spékání/infiltrace)	Minimální	Často vyžadováno (chlazení/odstraňování)

Podrobná srovnání

• Rychlost: Tryskání pojivem je obecně rychlejší než FDM a SLS, takže je vhodné pro velkosériovou výrobu. FDM je pomalejší a hodí se spíše pro rychlou výrobu prototypů, zatímco SLS nabízí střední rychlost, ale vyniká při vytváření vysoce detailních dílů.
• Rozsah materiálu: Tryskání pojivem vyniká schopností používat širokou škálu materiálů, včetně kovů a keramiky. Technologie FDM se omezuje především na plasty, zatímco technologie SLS zvládá polymery a některé kovy.
• Podpůrné struktury: Práškové lože při tryskání pojivem a SLS eliminuje potřebu dalších podpůrných konstrukcí, čímž se snižuje plýtvání materiálem a zjednodušuje následné zpracování. FDM však často vyžaduje podpůrné struktury, které je třeba ručně odstranit.
• Cena: Počáteční náklady na tryskání pojiva a SLS jsou vysoké, ale tryskání pojiva je pro hromadnou výrobu ekonomičtější. FDM má nižší počáteční náklady, ale vyšší náklady na jeden díl, takže je méně vhodná pro velkosériovou výrobu.
• Rozlišení: Ačkoli všechny tři metody nabízejí vysoké rozlišení, SLS je často považována za nejlepší pro výrobu vysoce detailních dílů. Binder jetting poskytuje dobrou rovnováhu mezi rychlostí a rozlišením a FDM nabízí střední rozlišení, vhodné pro méně detailní aplikace.
• Následné zpracování: Tryskání pojiva obvykle vyžaduje spékání nebo infiltraci, aby se dosáhlo požadovaných mechanických vlastností, zatímco FDM vyžaduje minimální následné zpracování. SLS často vyžaduje chlazení a odstranění přebytečného prášku, podobně jako binder jetting.

Časté dotazy

Otázka	Odpověď
Co je 3D tisk Binder Jet?	Proces 3D tisku, při kterém se používá pojivo k selektivnímu spojování částic prášku a vytváření objektů.
Jaké materiály lze použít?	Kovy, keramika a kompozity.
Je nutné následné zpracování?	Ano, obvykle je nutné spékání nebo infiltrace.
Jak rychlý je 3D tisk Binder Jet?	Jedná se o jednu z nejrychlejších technologií 3D tisku.
Jaké jsou klíčové aplikace?	Letectví, automobilový průmysl, lékařství, zubní lékařství, spotřební zboží a další.
Potřebuji podpůrné struktury?	Ne, práškové lůžko funguje jako přirozená opora.
Jaké jsou dopady na náklady?	Vysoké počáteční náklady na zřízení, ale hospodárné pro velkovýrobu.
Jak si vede ve srovnání s jinými metodami 3D tisku?	Rychlejší, univerzálnější v použití materiálu a schopné vyššího rozlišení než některé metody.

Závěr

Binder jet 3D tisk je všestranná, efektivní a rychle se rozvíjející technologie, která mění podobu výroby v různých odvětvích. Ať už chcete vyrábět složité letecké komponenty, lékařské implantáty na míru nebo složitá umělecká díla, tryskání pojivem nabízí bezkonkurenční rychlost a flexibilitu. Díky hlubokým znalostem o jeho složení, vlastnostech, aplikacích a srovnání s jinými metodami můžete plně využít potenciál této inovativní technologie.

Znát další procesy 3D tisku