Урок 8.5Придать формуГлава 8 · Аддитивное производство

Струйная печать связующим

Струйные головки склеивают порошок, затем деталь отверждают или спекают (binder jetting)

Струйная печать связующим (binder jetting) создаёт деталь так: распределяют тонкие слои порошка и струйной головкой печатают на каждом жидкий клей — связующее. Это работает почти как офисный принтер, только вместо бумаги порошок. Метод важен, потому что это один из самых быстрых способов печатать металлические детали партиями, а литейные цеха печатают им песчаные формы для литья.

Фото: Oak Ridge National Laboratory, CC BY 2.0, через Wikimedia Commons

Рабочая камера струйной печати связующим в разрезе, с удалением порошка и спеканием в печиЦифры в кружках соответствуют шагам ниже; шаги со 2 по 4 повторяются для каждого слоя.

Как это работает

Нарезать модель. Программа режет 3D-модель на тонкие слои. Детали можно упаковывать плотно и друг над другом, потому что порошок их поддерживает.
Распределить слой. Подающий поршень поднимается, а рекоутер (валик или лезвие) распределяет тонкий ровный слой порошка, для металла обычно 0,05–0,1 мм.
Напечатать связующее. Струйная печатающая головка проходит над слоем и роняет крошечные капли связующего только там, где должно быть сечение детали. Склеенные зёрна держатся вместе, остальные остаются сыпучими.
Опустить и повторить. Рабочая камера опускается на один слой, и цикл повторяется, пока камера не заполнится. Во время печати лазер и нагрев не нужны.
Отвердить и убрать порошок. Камеру подогревают, чтобы связующее затвердело, затем сыпучий порошок сметают и сдувают, а потом используют повторно. Склеенные «зелёные» детали хрупкие, как мел.
Спечь в печи. Металлические детали отправляют в печь с температурой около точки плавления: связующее выгорает, а зёрна сплавляются. Деталь усаживается примерно на 15–20 % в каждом направлении по мере уплотнения.

Ключевые факты

Материалы: Нержавеющие стали, инструментальные стали, медь и другие металлы; литейный песок; керамика; гипс для полноцветных моделей
Типичные детали: Небольшие металлические детали партиями, песчаные формы и стержни для литья, керамические детали, цветные фигурки
Размер детали: Металлические детали обычно размером с кулак или меньше; песчаные принтеры печатают блоки длиной до нескольких метров
Точность: Металл: около ±1–2 % после спекания из-за усадки; песчаные формы: около ±0,3 мм
Качество поверхности: Матовая и слегка зернистая, как у мелкой отливки; часто обрабатывают пескоструйно или полируют
Подходящая партия: От сотен до десятков тысяч небольших металлических деталей; песчаные формы — от единичных до малых серий
Стоимость оснастки и оборудования: Оснастка не нужна; машины вместе с печами стоят от нескольких сотен тысяч до более миллиона долларов
Скорость: Печать быстрая, часто несколько часов на целую камеру, но отверждение и спекание добавляют сутки и более

Сильные стороны и ограничения

Сильные стороны

Быстрая печать сразу целой камеры деталей, без поддержек
Во время печати нет нагрева, поэтому нет коробления и остаточных напряжений
Печатает песчаные формы и стержни без модели, прямо из файла
Стоимость металлической детали при больших объёмах ниже, чем при лазерном плавлении в порошковом слое

Ограничения

Детали усаживаются при спекании, из-за чего трудно получить жёсткие допуски
«Зелёные» детали хрупкие и требуют аккуратного обращения
Может оставаться некоторая пористость, поэтому прочность может уступать полностью расплавленному металлу
Тонкие стенки и большие плоские детали могут провисать или деформироваться в печи

Где применяется

Литейные цехаПесчаные формы и стержни для блоков двигателей, корпусов насосов, прототипов
АвтомобилестроениеНебольшие металлические кронштейны и фитинги; формы для литых деталей
Потребительские товарыСтальные детали для замков, инструментов и оправ очков партиями
ПромышленностьРабочие колёса насосов, сопла, керамические детали
Искусство и дизайнПолноцветные фигурки и архитектурные макеты из гипса

Как узнать процесс

Матовая, слегка зернистая поверхность, немного похожая на тонкую отливку или спечённый металл.
Нет следов от поддержек, а детали выглядят слегка со смягчёнными краями.
На песчаных формах — песчаная, крошащаяся текстура со слабыми ступеньками на изгибах.
Очень мелкие металлические детали, выпущенные большими одинаковыми партиями.

Сравните с

Лазерное плавление в порошковом слое8.4плавит металлический порошок лазером, а не склеивает его; детали плотнее и без усадки, но процесс медленнее и дороже.Литьё металлов под давлением (MIM)9.2тоже даёт «зелёные» детали, которые спекают; нужна пресс-форма, но при очень больших объёмах дешевле.Литьё в песчаные формы1.1струйная печать связующим может печатать формы сразу, без деревянной или металлической модели.

Смотрите

Mars Gadgets · Слой порошка, струйное связующее и спекание — для начинающих

AM Media | The Cool Parts Show · Отраслевые журналисты о струйной печати связующим и этапе спекания

CATI: Computer Aided Technology is now GoEngineer · Демонстрация принтера: удаление порошка с «зелёных» деталей

voxeljet · Напечатанные песчаные формы и стержни, затем заливка металла

Смотреть реальные фото

Википедия: струйная печать связующим — этапы процесса, материалы и история; в основном текст
Википедия: процессы 3D-печати — струйная печать связующим в сравнении с другими аддитивными процессами
Поиск фотографий в Wikimedia Commons

Запомните

Струйная печать связующим склеивает порошок струйными каплями, слой за слоем, без нагрева во время печати.
Металлические детали получаются хрупкими, их нужно спекать в печи, где они усаживаются.
Подходит для партий небольших металлических деталей и печатных песчаных форм для литья.