Струйное нанесение связующего при аддитивном производстве

Аддитивное производство, часто известное как 3D-печать, произвело революцию в обрабатывающей промышленности, позволив создавать сложные компоненты по индивидуальному заказу. Среди различных технологий аддитивного производства, Струйное нанесение связующего при аддитивном производстве (BJAM) отличается своей универсальностью и экономической эффективностью. В этой статье мы углубимся в мир Binder Jetting, представим обширный обзор, рассмотрим конкретные модели металлических порошков, а также обсудим применение, преимущества и ограничения этой технологии. Независимо от того, являетесь ли вы опытным профессионалом или новичком в этой области, данное руководство поможет вам разобраться во всех тонкостях технологии Binder Jetting и обеспечит вас всей необходимой информацией.

Обзор аддитивного производства с применением струйной обработки связующего

Binder Jetting - это уникальная технология аддитивного производства, в которой порошковые материалы сочетаются с жидким связующим веществом. В отличие от других методов 3D-печати, в которых для скрепления материалов используется тепло, в Binder Jetting для создания нужных форм используется связующее вещество. Обычно процесс осуществляется слой за слоем, где связующее вещество выборочно "склеивает" металлические или керамические частицы вместе, формируя твердый объект.

Способность Binder Jetting работать с различными материалами, от металлов до керамики и песка, делает его универсальным выбором. Кроме того, отсутствие теплового воздействия снижает риск термического искажения, что делает его идеальным для сложных геометрических форм и хрупких конструкций.

Состав Струйное нанесение связующего при аддитивном производстве

При струйном нанесении связующего используется комбинация порошкообразных материалов и жидкого связующего. Порошковые материалы, используемые в Binder Jetting, имеют решающее значение для характеристик конечного продукта. Ниже приводится подробное описание конкретных моделей металлических порошков, используемых при струйной обработке.

Специфические модели металлических порошков для струйного нанесения связующего

Модель металлического порошка	Состав	Свойства	Характеристики	ПРИМЕНЕНИЯ
Инконель 625	Никель-хром	Высокая прочность, отличная усталостная прочность	Коррозионная стойкость, хорошая свариваемость	Аэрокосмическая, морская, химическая промышленность
Нержавеющая сталь 316L	Железо-хром-никель	Отличная коррозионная стойкость, хорошая прочность	Пластичный, биосовместимый	Медицинские имплантаты, автомобилестроение, пищевая промышленность
Нержавеющая сталь 17-4 PH	Железо-хром-никель-медь	Высокая прочность, твердость	Закаленные осаждением, устойчивые к коррозии	Аэрокосмическая, атомная, химическая промышленность
Кобальт-хром	Кобальт-хром	Высокая износостойкость, биосовместимость	Плотный, крепкий	Зубные имплантаты, аэрокосмическая промышленность, медицинское оборудование
Медь (Cu)	Чистая медь	Отличная электропроводность, теплопроводность	Пластичный, вязкий	Электрические компоненты, теплообменники
Титан (Ti-6Al-4V)	Титан-алюминий-ванадий	Высокое соотношение прочности и веса, устойчивость к коррозии	Биосовместимый, прочный	Аэрокосмическая промышленность, медицинские имплантаты, спортивное оборудование
Алюминий (AlSi10Mg)	Алюминий-кремний-магний	Легкий вес, хорошая прочность	Высокая теплопроводность, пластичность	Автомобильная, аэрокосмическая промышленность, бытовая электроника
Бронза	Медь-олово	Высокая коррозионная стойкость, хорошая обрабатываемость	Плотный, крепкий	Художественные скульптуры, подшипники, втулки
Инструментальная сталь (H13)	Хром-молибден	Высокая твердость, износостойкость	Термостойкий, прочный	Инструментальная оснастка, пресс-формы, штампы
Никелевый сплав 718	Никель-хром-железо	Отличная высокотемпературная прочность, устойчивость к коррозии	Возрастная закалка, прочность	Аэрокосмическая промышленность, энергетика, нефть и газ

Характеристики струйного аддитивного производства связующего

Особенности аддитивного производства с использованием струи связующего отличают его от других технологий аддитивного производства. Вот описание основных характеристик:

Универсальность материалов

Струйное нанесение связующего работает с широким спектром материалов, включая металлы, керамику и даже песок. Такая универсальность позволяет применять его в различных отраслях промышленности, от аэрокосмической до стоматологической.

Отделка поверхности

Одной из отличительных особенностей струйной обработки связующим является возможность получения тонкой поверхности. Послойное нанесение и мелкие частицы порошка способствуют получению гладких поверхностей, снижая необходимость в тщательной последующей обработке.

Скорость производства

Струйная печать на связующем известна своей относительно высокой скоростью производства. Поскольку процесс не требует значительной тепловой энергии, он позволяет быстро печатать большие партии деталей, что делает его подходящим как для создания прототипов, так и для производства.

Отсутствие теплового напряжения

В отличие от других методов, таких как селективное лазерное спекание (SLS) или прямое лазерное спекание металлов (DMLS), струйное нанесение связующего не требует высоких температур. Это исключает термическое напряжение, снижая риск коробления или деформации конечного продукта.

Гибкость конструкции

С помощью струйной обработки связующего можно легко добиться сложной геометрии и замысловатых конструкций. Этот метод позволяет создавать внутренние полости, решетчатые структуры и другие элементы, которые было бы сложно получить при традиционном производстве.

Области применения аддитивного производства с использованием струи связующего

Благодаря своей универсальности и способности производить сложные детали, аддитивное производство с использованием струи связующего находит применение в различных отраслях промышленности. Ниже рассмотрены некоторые ключевые области применения:

Заявление	Описание	Промышленность
Прототипирование	Быстрое изготовление прототипов деталей со сложной геометрией для тестирования и проверки	Автомобильная, аэрокосмическая промышленность, потребительские товары
Инструментальная оснастка и пресс-формы	Производство прочных инструментов и пресс-форм, используемых в различных производственных процессах	Литье под давлением, литье под давлением
Медицинские приборы	Производство имплантатов, хирургических инструментов и стоматологических приспособлений на заказ	Медицинские, стоматологические
Компоненты для авиации	Производство легких сложных деталей с высокой прочностью и коррозионной стойкостью	Аэрокосмическая промышленность, оборона
Автомобильные запчасти	Производство нестандартных и сложных деталей для автомобильной промышленности, таких как компоненты двигателей	Автомобильный
Художественные и декоративные изделия	Создание детальных скульптур, украшений и декоративных изделий с использованием различных металлических порошков	Искусство, мода, домашний декор
Теплообменники	Производство сложных конструкций теплообменников с использованием материалов с высокой теплопроводностью	ОВКВ, промышленное оборудование
Электрические компоненты	Производство компонентов с отличной электропроводностью, таких как разъемы и шины	Электроника, электротехника
Узоры для отливки	Производство песчаных форм и стержней для процессов литья металлов	Литейное производство, литье металлов
Исследования и разработки	Индивидуальные испытания материалов и дизайна для новых продуктов и инноваций	НИОКР, академические институты

Технические характеристики, размеры, марки и стандарты для струйной обработки вяжущих материалов

Понимание спецификаций, размеров, марок и стандартов, связанных со струйной обработкой связующего, имеет решающее значение для обеспечения соответствия деталей промышленным требованиям. Ниже приведена подробная таблица с описанием этих аспектов:

Материал	Класс/Стандарт	Типовые размеры	Технические характеристики
Инконель 625	AMS 5666, ASTM B443	Размер порошка: 15-45 мкм	Плотность: 8,44 г/см³, Температура плавления: 1290-1350°C
Нержавеющая сталь 316L	ASTM F138, ISO 5832-1	Размер порошка: 15-53 мкм	Плотность: 7,99 г/см³, Температура плавления: 1371°C
Нержавеющая сталь 17-4 PH	AMS 5643, ASTM A564	Размер порошка: 10-45 мкм	Плотность: 7,80 г/см³, Твердость: HRC 40-47
Кобальт-хром	ASTM F75, ISO 5832-4	Размер порошка: 10-30 мкм	Плотность: 8,30 г/см³, Температура плавления: 1330-1390°C
Медь (Cu)	ASTM B124, AMS 4501	Размер порошка: 15-60 мкм	Плотность: 8,96 г/см³, Температура плавления: 1083°C
Титан (Ti-6Al-4V)	ASTM F1472, AMS 4911	Размер порошка: 15-45 мкм	Плотность: 4,43 г/см³, Температура плавления: 1600-1660°C
Алюминий (AlSi10Mg)	ISO 3522	Размер порошка: 20-63 мкм	Плотность: 2,68 г/см³, Температура плавления: 577-660°C
Бронза	ASTM B584, SAE J463	Размер порошка: 20-80 мкм	Плотность: 8,7-8,9 г/см³, Температура плавления: 950-1050°C
Инструментальная сталь (H13)	ASTM A681	Размер порошка: 10-50 мкм	Плотность: 7,80 г/см³, Твердость: HRC 50-52
Никелевый сплав 718	AMS 5662, ASTM B670	Размер порошка: 15-53 мкм	Плотность: 8,19 г/см³, Температура плавления: 1260-1336°C

Поставщики и ценовая политика

При поиске металлических порошков для струйного нанесения связующего важно учитывать надежных поставщиков и цены. В таблице ниже представлен обзор потенциальных поставщиков и примерные цены для различных

металлические порошки:

Поставщик	Материал	Цена (приблизительно)	Примечания
GKN Additive	Инконель 625, 316L SS, Ti-6Al-4V	$100 - $300 за кг	Высококачественные порошки, глобальный поставщик
Хёганяс АБ	17-4 PH SS, алюминий, бронза	$150 - $400 за кг	Ведущий производитель металлических порошков, изготовление рецептур на заказ
Carpenter Additive	Кобальт-хром, никелевый сплав 718	$200 - $500 за кг	Материалы премиум-класса, аэрокосмическая и медицинская тематика
Аддитивное производство Sandvik	Инструментальная сталь H13, медь	$120 - $350 за кг	Передовые материалы, широкие возможности для исследований и разработок
Технология LPW	Различные металлические порошки	$180 - $450 за кг	Высокопроизводительные порошки, промышленные стандарты
Arcam AB (GE Additive)	Титановые сплавы, инконель 718	$250 - $600 за кг	Специализируется на аэрокосмической и медицинской технике
AP&C (компания GE Additive)	Алюминий, нержавеющие стали	$200 - $500 за кг	Эксперт в области высококачественных сферических порошков
EOS GmbH	Различные металлические порошки	$220 - $550 за кг	Известны своим постоянством и качеством
Renishaw plc	Нержавеющие стали, титан	$190 - $480 за кг	Точное машиностроение и современные материалы
TANIOBIS GmbH	Кобальт-хром, никелевые сплавы	$210 - $550 за кг	Инновационные решения в области материалов, ориентированные на исследования и разработки

Преимущества и ограничения Струйное нанесение связующего при аддитивном производстве

Как и любой другой производственный процесс, струйная обработка связующего имеет свои плюсы и минусы. Их понимание поможет решить, подходит ли этот метод для вашего проекта.

Преимущества

Преимущество	Описание
Разнообразие материалов	Для струйной обработки связующего могут использоваться различные материалы, включая металлы, керамику и песок, что обеспечивает гибкость в применении.
Отсутствие тепловых искажений	Благодаря отсутствию нагрева детали не деформируются и не подвергаются остаточным напряжениям, что приводит к повышению точности.
Высокая скорость производства	Струйное нанесение связующего подходит для быстрого изготовления больших партий продукции и эффективно как для создания прототипов, так и для производства.
Отличная обработка поверхности	Благодаря мелким частицам порошка получаются гладкие поверхности, что снижает необходимость в последующей обработке.
Сложная геометрия	Идеально подходит для создания сложных конструкций и внутренних элементов, которые трудно реализовать традиционными методами производства.

Ограничения

Ограничение	Описание
Пористость материала	Для достижения полной плотности деталей может потребоваться инфильтрация или спекание, что добавляет дополнительные этапы и расходы.
Механические свойства	Механическая прочность деталей, изготовленных методом Binder Jetted, может не совпадать с механической прочностью деталей, изготовленных другими методами, такими как DMLS или литье.
Требования к постобработке	Несмотря на хорошее качество обработки поверхности, в некоторых случаях может потребоваться дополнительная обработка, например, механическая обработка или инфильтрация.
Ограниченный выбор материалов	Несмотря на свою универсальность, не все материалы подходят для струйного нанесения связующего, особенно высокотемпературные сплавы.
Стоимость металлических порошков	Стоимость металлических порошков, особенно для высококачественных применений, может быть значительной.

Часто задаваемые вопросы

В заключение этого исчерпывающего руководства приведем раздел часто задаваемых вопросов, касающихся струйной обработки связующего.

Вопрос	Ответить
Какие материалы можно использовать при струйной обработке биндеров?	Для струйной обработки связующего могут использоваться различные материалы, включая металлы, такие как нержавеющая сталь, инконель, титан, керамика и песок.
Подходит ли струйная обработка связующего для массового производства?	Да, благодаря высокой скорости производства Binder Jetting подходит для массового производства, особенно для сложных деталей.
Каковы основные преимущества струйной обработки связующего?	Среди основных преимуществ - разнообразие материалов, отсутствие термических искажений, высокая скорость производства и возможность создания сложных геометрических форм.
Достаточно ли прочны детали Binder Jetted для промышленного использования?	Хотя детали, изготовленные методом струйного нанесения связующего, подходят для многих областей применения, для достижения желаемых механических свойств они могут потребовать последующей обработки, например спекания.
Чем отличается струйная обработка связующего от других методов аддитивного производства?	Струйное нанесение связующего быстрее и экономичнее для определенных применений, но по механической прочности может уступать таким методам, как DMLS.
Какая постобработка требуется для деталей, обработанных струей биндера?	В зависимости от материала, детали могут потребовать спекания, инфильтрации или механической обработки для повышения прочности и улучшения качества поверхности.
Можно ли использовать Binder Jetting для медицинских имплантатов?	Да, особенно при работе с биосовместимыми материалами, такими как титан и кобальт-хром, технология Binder Jetting используется для создания индивидуальных медицинских имплантатов.
Как Binder Jetting справляется со сложными геометрическими формами?	Струйное нанесение связующего отлично подходит для создания сложных геометрических форм, включая внутренние структуры и выступы, без необходимости использования опорных конструкций.
Какова типичная стоимость металлических порошков для струйного нанесения связующего?	Металлические порошки для струйной обработки связующего могут варьироваться от $100 до $600 за килограмм в зависимости от материала и качества.
Кто является ведущими поставщиками металлических порошков для струйной обработки?	Среди ведущих поставщиков - GKN Additive, Höganäs AB, Carpenter Additive, Sandvik Additive Manufacturing и EOS GmbH.

Заключение

Струйное нанесение связующего при аддитивном производстве представляет собой универсальный и эффективный метод в мире 3D-печати. Благодаря возможности работать с широким спектром материалов и производить сложные детали с превосходной отделкой поверхности, этот метод обладает значительным потенциалом для различных отраслей промышленности. Однако, как и любой другой производственный процесс, он имеет свои ограничения, особенно в отношении плотности материала и механических свойств. Понимая всю сферу применения струйной обработки на связующем, от конкретных используемых металлических порошков до областей применения и поставщиков, вы сможете принимать обоснованные решения о ее пригодности для ваших проектов. Независимо от того, работаете ли вы в аэрокосмической, автомобильной, медицинской или художественной сферах, струйное нанесение связующего открывает мир возможностей для инноваций и производства.

узнайте больше о процессах 3D-печати