Aditivní výroba pomocí tryskání pojiva

Aditivní výroba, často známá jako 3D tisk, způsobila revoluci ve výrobních odvětvích tím, že umožňuje vytvářet složité, na míru navržené komponenty. Mezi různé techniky aditivní výroby patří, Aditivní výroba pomocí tryskání pojiva (BJAM) vyniká svou všestranností a cenovou výhodností. Tento článek proniká hluboko do světa Binder Jetting, poskytuje rozsáhlý přehled, zkoumá konkrétní modely kovových prášků a diskutuje o aplikacích, výhodách a omezeních této technologie. Ať už jste zkušený profesionál, nebo nováček, tento průvodce vás provede všemi zákoutími technologie Binder Jetting a zajistí vám všechny potřebné informace.

Přehled aditivní výroby pomocí tryskání pojiva

Binder Jetting je jedinečná aditivní výrobní technika, která kombinuje materiály na bázi prášku s tekutým pojivem. Na rozdíl od jiných metod 3D tisku, které ke spojení materiálů využívají teplo, Binder Jetting se při vytváření požadovaných tvarů spoléhá na toto pojivo. Proces se obvykle provádí vrstvu po vrstvě, kdy pojivo selektivně "slepuje" kovové nebo keramické částice dohromady a vytváří pevný objekt.

Schopnost Binder Jettingu pracovat s různými materiály, od kovů přes keramiku až po písek, z něj činí univerzální volbu. Absence aplikace tepla navíc snižuje riziko tepelné deformace, takže je ideální pro složité geometrie a jemné struktury.

Složení Aditivní výroba pomocí tryskání pojiva

Při tryskání se používá kombinace práškových materiálů a kapalného pojiva. Práškové materiály používané při Binder Jettingu mají zásadní význam pro vlastnosti konečného výrobku. Níže je uveden podrobný rozpis konkrétních modelů kovových prášků používaných při Binder Jettingu.

Specifické modely kovových prášků při tryskání pojiva

Model kovového prášku	Kompozice	Vlastnosti	Charakteristiky	APLIKACE
Inconel 625	Nikl-chrom	Vysoká pevnost, vynikající odolnost proti únavě	Odolnost proti korozi, dobrá svařitelnost	Letectví, námořní průmysl, chemické zpracování
Nerezová ocel 316L	Železo-chrom-nikl	Vynikající odolnost proti korozi, dobrá pevnost	tvárné, biokompatibilní	lékařské implantáty, automobilový průmysl, potravinářství
Nerezová ocel 17-4 PH	Železo-chrom-nikl-měď	Vysoká pevnost, tvrdost	Srážkově kalené, odolné proti korozi	Letecký, jaderný a chemický průmysl
Kobalt-chrom	Kobalt-chrom	Vysoká odolnost proti opotřebení, biokompatibilní	Hustý, silný	Zubní implantáty, letectví a kosmonautika, zdravotnické prostředky
Měď (Cu)	Čistá měď	Vynikající elektrická vodivost, tepelná vodivost	Kujné, tvárné	Elektrické komponenty, výměníky tepla
Titan (Ti-6Al-4V)	Titan-hliník-vanad	Vysoký poměr pevnosti a hmotnosti, odolný proti korozi	Biokompatibilní, silný	Letectví a kosmonautika, lékařské implantáty, sportovní vybavení
Hliník (AlSi10Mg)	Hliník-křemík-hořčík	Lehké, s dobrou pevností	Vysoká tepelná vodivost, tvárnost	Automobilový průmysl, letecký průmysl, spotřební elektronika
Bronz	Měď-cín	Vysoká odolnost proti korozi, dobrá obrobitelnost	Hustý, silný	Umělecké plastiky, ložiska, pouzdra
Nástrojová ocel (H13)	Chrom-molybden	Vysoká tvrdost, odolnost proti opotřebení	Žáruvzdorné, houževnaté	Nástroje, formy, zápustky
Slitina niklu 718	Nikl-chrom-železo	Vynikající pevnost při vysokých teplotách, odolnost proti korozi	Stárnoucí, pevný	Letectví, energetika, ropa a plyn

Charakteristiky aditivní výroby pomocí tryskání pojiva

Charakteristiky aditivní výroby Binder Jetting ji odlišují od ostatních aditivních výrobních technik. Zde je rozpis klíčových charakteristik:

Materiálů rozmanitost

Tryskání pojivem pracuje se širokou škálou materiálů, včetně kovů, keramiky a dokonce i písku. Tato všestrannost umožňuje různé aplikace v různých průmyslových odvětvích, od leteckého průmyslu až po stomatologii.

Povrchová úprava

Jednou z pozoruhodných vlastností tryskání pojivem je schopnost dosáhnout jemné povrchové úpravy. Nanášení po vrstvách a jemné částice prášku přispívají k hladkému povrchu, což snižuje potřebu rozsáhlého následného zpracování.

Rychlost výroby

Binder Jetting je známý svou relativně vysokou výrobní rychlostí. Protože tento proces nevyžaduje velké množství tepelné energie, může rychle tisknout velké dávky dílů, takže je vhodný jak pro výrobu prototypů, tak pro výrobu.

Žádné tepelné namáhání

Na rozdíl od jiných metod, jako je selektivní laserové spékání (SLS) nebo přímé laserové spékání kovů (DMLS), se při Binder Jettingu nepoužívají vysoké teploty. Tím se eliminuje tepelné namáhání, což snižuje riziko deformace nebo zkreslení konečného výrobku.

Flexibilita designu

S Binder Jetting lze snadno dosáhnout složitých geometrií a komplikovaných konstrukcí. Tato metoda umožňuje vytvářet vnitřní dutiny, mřížkové struktury a další prvky, které by bylo náročné vyrobit při tradiční výrobě.

Aplikace aditivní výroby pomocí tryskání pojiva

Aditivní výroba pomocí tryskání pojiva nachází uplatnění v různých průmyslových odvětvích díky své univerzálnosti a schopnosti vyrábět složité díly. Níže je uveden přehled některých klíčových aplikací:

Aplikace	Popis	Odvětví
Vytváření prototypů	Rychlá výroba prototypů dílů se složitou geometrií pro testování a ověřování	Automobilový průmysl, letecký průmysl, spotřební zboží
Nástroje a formy	Výroba odolných nástrojů a forem používaných v různých výrobních procesech.	Vstřikování plastů, tlakové lití
Zdravotnické prostředky	Výroba implantátů, chirurgických nástrojů a dentálních přípravků na zakázku.	Zdravotní, zubní
Aerospace komponenty	Výroba lehkých, složitých dílů s vysokou pevností a odolností proti korozi.	Letectví a kosmonautika, obrana
Automobilové součástky	Výroba zakázkových a složitých dílů pro automobilový průmysl, jako jsou součásti motorů.	Automotivní
Umělecké a dekorativní předměty	Tvorba detailních soch, šperků a dekorativních předmětů s použitím různých kovových prášků.	Umění, móda, domácí dekorace
Výměníky tepla	Výroba složitých konstrukcí výměníků tepla s materiály s vysokou tepelnou vodivostí	HVAC, průmyslová zařízení
Elektrické komponenty	Výroba komponentů s vynikající elektrickou vodivostí, jako jsou konektory a přípojnice.	Elektronika, elektrotechnika
Odlévací vzory	Výroba pískových forem a jader pro odlévání kovů	Slévárna, odlévání kovů
Výzkum a vývoj	Testování materiálů a designu na zakázku pro nové produkty a inovace	výzkum a vývoj, akademické instituce

Specifikace, velikosti, třídy a normy v oblasti tryskání pojiva

Porozumění specifikacím, velikostem, třídám a normám spojeným s tryskáním pojivem je zásadní pro zajištění toho, aby díly splňovaly průmyslové požadavky. Níže je uvedena podrobná tabulka popisující tyto aspekty:

Materiál	Stupeň/standard	Typické velikosti	Specifikace
Inconel 625	AMS 5666, ASTM B443	Velikost prášku: 15-45 µm	Hustota: 8,44 g/cm³, bod tání: 1290-1350 °C
Nerezová ocel 316L	ASTM F138, ISO 5832-1	Velikost prášku: 15-53 µm	Hustota: 7,99 g/cm³, Bod tání: 1371 °C
Nerezová ocel 17-4 PH	AMS 5643, ASTM A564	Velikost prášku: 10-45 µm	Hustota: 7,80 g/cm³, tvrdost: HRC 40-47
Kobalt-chrom	ASTM F75, ISO 5832-4	Velikost prášku: 10-30 µm	Hustota: 8,30 g/cm³, Bod tání: 1330-1390 °C
Měď (Cu)	ASTM B124, AMS 4501	Velikost prášku: 15-60 µm	Hustota: 8,96 g/cm³, Bod tání: 1083 °C
Titan (Ti-6Al-4V)	ASTM F1472, AMS 4911	Velikost prášku: 15-45 µm	Hustota: Hustota: 4,43 g/cm³, Bod tání: 1600-1660 °C
Hliník (AlSi10Mg)	ISO 3522	Velikost prášku: 20-63 µm	Hustota: 2,68 g/cm³, Bod tání: 577-660 °C
Bronz	ASTM B584, SAE J463	Velikost prášku: 20-80 µm	Hustota: 8,7-8,9 g/cm³, bod tání: 950-1050 °C
Nástrojová ocel (H13)	ASTM A681	Velikost prášku: 10-50 µm	Hustota: 7,80 g/cm³, tvrdost: HRC 50-52
Slitina niklu 718	AMS 5662, ASTM B670	Velikost prášku: 15-53 µm	Hustota: 8,19 g/cm³, Bod tání: 1260-1336 °C

Dodavatelé a podrobnosti o cenách

Při shánění kovových prášků pro Binder Jetting je nutné brát v úvahu spolehlivé dodavatele a ceny. Níže uvedená tabulka poskytuje přehled potenciálních dodavatelů a přibližných cen pro různé

kovové prášky:

Dodavatel	Materiál	Ceny (přibližně)	Poznámky
Přísady GKN	Inconel 625, 316L SS, Ti-6Al-4V	$100 - $300 za kg	Vysoce kvalitní prášky, globální dodavatel
Höganäs AB	17-4 PH SS, hliník, bronz	$150 - $400 za kg	Přední výrobce kovových prášků, zakázkové receptury
Carpenter Additive	Kobalt-chrom, slitina niklu 718	$200 - $500 za kg	Prémiové materiály, zaměření na letectví a lékařství
Aditivní výroba Sandvik	Nástrojová ocel H13, měď	$120 - $350 za kg	Pokročilé materiály, rozsáhlé možnosti výzkumu a vývoje
LPW Technologie	Různé kovové prášky	$180 - $450 za kg	Vysoce výkonné prášky, průmyslový standard
Arcam AB (GE Additive)	Slitiny titanu, Inconel 718	$250 - $600 za kg	Specializuje se na letecké a lékařské aplikace
AP&C (společnost GE Additive)	Hliník, nerezové oceli	$200 - $500 za kg	Odbornost v oblasti vysoce kvalitních sférických prášků
EOS GmbH	Různé kovové prášky	$220 - $550 za kg	Známý svou konzistencí a kvalitou
Renishaw plc	Nerezové oceli, titan	$190 - $480 za kg	Přesné strojírenství a pokročilé materiály
TANIOBIS GmbH	Kobalt-chrom, slitiny niklu	$210 - $550 za kg	Inovativní materiálová řešení zaměřená na výzkum a vývoj

Výhody a omezení Aditivní výroba pomocí tryskání pojiva

Stejně jako každý výrobní proces má i tryskání pojivem své výhody a nevýhody. Jejich pochopení vám může pomoci při rozhodování, zda je tato metoda pro váš projekt vhodná.

Výhody

Výhoda	Popis
Rozmanitost materiálů	Při tryskání pojivem lze použít různé materiály, včetně kovů, keramiky a písku, což nabízí flexibilitu při použití.
Žádné tepelné zkreslení	Absence tepla v procesu znamená, že se díly nedeformují ani nevznikají zbytková napětí, což vede k vyšší přesnosti.
Vysoká rychlost výroby	Technologie Binder Jetting je vhodná pro rychlou výrobu velkých dávek a je efektivní jak pro výrobu prototypů, tak pro výrobu.
Vynikající povrchová úprava	Díky použitým jemným částicím prášku jsou povrchy hladké, což snižuje potřebu následného zpracování.
Komplexní geometrie	Ideální pro vytváření složitých vzorů a vnitřních prvků, které jsou při tradičních výrobních metodách obtížné.

Omezení

Omezení	Popis
Pórovitost materiálu	Pro dosažení plné hustoty mohou díly vyžadovat infiltraci nebo spékání, což představuje další kroky a náklady.
Mechanické vlastnosti	Mechanická pevnost dílů vyrobených metodou Binder Jetted nemusí odpovídat dílům vyrobeným jinými metodami, jako je DMLS nebo odlévání.
Požadavky na následné zpracování	I když je povrchová úprava dobrá, některé aplikace mohou vyžadovat další dodatečné zpracování, například obrábění nebo infiltraci.
Omezený výběr materiálů	Ačkoli jsou univerzální, ne všechny materiály jsou vhodné pro Binder Jetting, zejména vysokoteplotní slitiny.
Náklady na kovové prášky	Náklady na kovové prášky, zejména pro vysoce kvalitní aplikace, mohou být značné.

Časté dotazy

Na závěr tohoto obsáhlého průvodce uvádíme část s nejčastějšími dotazy týkajícími se tryskání pojiva.

Otázka	Odpověď
Jaké materiály lze použít v Binder Jettingu?	Při tryskání pojivem lze použít různé materiály, včetně kovů, jako je nerezová ocel, Inconel, titan, keramika a písek.
Je Binder Jetting vhodný pro sériovou výrobu?	Ano, díky vysoké výrobní rychlosti je Binder Jetting vhodný pro hromadnou výrobu, zejména pro složité díly.
Jaké jsou hlavní výhody tryskání pojiva?	Mezi hlavní výhody patří různorodost materiálů, absence tepelného zkreslení, vysoká rychlost výroby a schopnost vytvářet složité geometrie.
Jsou díly Binder Jetted dostatečně pevné pro průmyslové použití?	Přestože jsou díly s pojivovou tryskou vhodné pro mnoho aplikací, mohou vyžadovat následné zpracování, například spékání, aby se dosáhlo požadovaných mechanických vlastností.
Jak si Binder Jetting stojí v porovnání s jinými metodami aditivní výroby?	Tryskání pojivem je pro určité aplikace rychlejší a nákladově efektivnější, ale ve srovnání s metodami, jako je DMLS, může být nedostatečné z hlediska mechanické pevnosti.
Jaké následné zpracování je nutné pro díly s pojivovou tryskou?	V závislosti na materiálu mohou díly vyžadovat spékání, infiltraci nebo obrábění pro zlepšení pevnosti a povrchové úpravy.
Lze Binder Jetting použít pro lékařské implantáty?	Ano, zejména u biokompatibilních materiálů, jako je titan a kobalt-chrom, se Binder Jetting používá k výrobě lékařských implantátů na zakázku.
Jak si Binder Jetting poradí se složitými geometriemi?	Binder Jetting vyniká při výrobě složitých geometrických tvarů, včetně vnitřních struktur a převisů, bez nutnosti podpůrných konstrukcí.
Jaké jsou typické náklady na kovové prášky pro Binder Jetting?	Kovové prášky pro Binder Jetting se mohou pohybovat od $100 do $600 za kilogram, v závislosti na materiálu a kvalitě.
Kdo jsou přední dodavatelé kovových prášků pro Binder Jetting?	Mezi přední dodavatele patří společnosti GKN Additive, Höganäs AB, Carpenter Additive, Sandvik Additive Manufacturing a EOS GmbH.

Závěr

Aditivní výroba pomocí tryskání pojiva představuje ve světě 3D tisku všestrannou a efektivní metodu. Díky své schopnosti pracovat se širokou škálou materiálů a vyrábět složité díly s vynikající povrchovou úpravou je to metoda, která nabízí významný potenciál pro různá průmyslová odvětví. Jako každý výrobní proces má však svá omezení, zejména pokud jde o hustotu materiálu a mechanické vlastnosti. Pochopíte-li celý rozsah Binder Jettingu, od konkrétních používaných kovových prášků až po aplikace a dodavatele, můžete se informovaně rozhodnout o jeho vhodnosti pro vaše projekty. Ať už působíte v leteckém, automobilovém, lékařském nebo uměleckém průmyslu, Binder Jetting vám otevírá svět možností pro inovace a výrobu.

Znát další procesy 3D tisku