維捷Voxeljet噴墨打印和HSS高速燒結(jié)技術(shù)在材料開發(fā)和批量生產(chǎn)上的應(yīng)用

2022年10月28日,，德國維捷Voxeljet AG聯(lián)合南極熊開展了一場(chǎng)線上直播，介紹其噴墨3D打印材料開發(fā)和批量生產(chǎn)上應(yīng)用,。本場(chǎng)直播由維捷銷售總監(jiān)王澤利先生主講,。

德國voxeljet公司是噴墨砂型3D打印技術(shù)發(fā)明人，引領(lǐng)全球噴墨砂型3D打印技術(shù),。獨(dú)有PMMA粉末噴墨粘結(jié)打印技術(shù),，可用于原型開發(fā)和精密鑄造。維捷中國是voxljet的中國總部,，在中國組裝生產(chǎn)VX2000設(shè)備,，供應(yīng)全球市場(chǎng)，在中國銷售全系列產(chǎn)品,。并且為中國客戶提供本地化砂型,、蠟型、聚合物粉末打印服務(wù),。


目前維捷的3D打印技術(shù)支持四大材料體系,，包括砂、塑料,、陶瓷和HSS,，本次直播主要介紹的是陶瓷和HSS兩大體系。


傳統(tǒng)的激光燒結(jié)打印機(jī)用一個(gè)單點(diǎn)激光融化粉末狀塑料聚合物,，成本高速度慢,，英國謝菲爾德大學(xué)機(jī)械工程系的教授Neil Hopkinson采用紅外線燈和噴墨打印頭來代替激光，發(fā)明了HSS高速燒結(jié)技術(shù),。這是一項(xiàng)革命性的技術(shù),，研發(fā)高速燒結(jié)技術(shù)的目的，是希望能夠通過這一項(xiàng)技術(shù)取代現(xiàn)有的技術(shù),，為3D打印能夠具備規(guī)�,；�生產(chǎn)的能力,。HSS高速燒結(jié)技術(shù)與SLS技術(shù)、MJF技術(shù)對(duì)比,，具有眾多的優(yōu)勢(shì),。


HSS技術(shù)工藝流程主要包含四個(gè)步驟，首先鋪設(shè)一層高分子材料粉末,，比如尼龍12或者TPU,；然后用噴墨打印頭在需要燒結(jié)的部分沉積能有效吸收紅外線的特殊油墨；然后用紅外線照射需要燒結(jié)的部分,，從而令油墨吸收足夠的能量,，融化材料粉末，實(shí)現(xiàn)固化,；重復(fù)以上步驟,，直至整個(gè)物體打印完成。


因此HSS技術(shù)具有眾多的優(yōu)勢(shì)：
● 打印速度快,，在批量制造方面有明顯的優(yōu)勢(shì),，甚至可與傳統(tǒng)的注塑工藝媲美。
● 融化粉末的速度比激光加熱慢,，減少對(duì)材料的損壞,，提高燒結(jié)質(zhì)量。
● 材料選擇范圍更廣,。
● 可以使用100%的回收粉末,。
● 可以使用水基、油機(jī),、醇基的粘結(jié)劑,。



維捷開發(fā)了一款用于材料開的HSS設(shè)備VX200打印機(jī)，這款設(shè)計(jì)小巧,、集成度高，適用的材料包括砂,、蠟?zāi)�,、陶瓷、高分子聚合物等,。具有刮板,、輥軸兩套鋪粉系統(tǒng)。



目前維捷的HSS設(shè)備發(fā)起了一個(gè)材料聯(lián)盟,，科思創(chuàng),、贏創(chuàng)、巴斯夫等國際材料企業(yè)的材料都可以適配,。


目前已經(jīng)經(jīng)過可行性認(rèn)證的材料包括PA12,、TPU,、PP、PBT,、EVA,、PEBA、PA12GF,、PA11,、TPE，其中部分經(jīng)過了VX200的打印認(rèn)證,，PA12則完成了批量生產(chǎn)的認(rèn)證,。


陶瓷材料的開發(fā)維捷與AGC公司合作，現(xiàn)階段已經(jīng)驗(yàn)證可打印的材料有SiC,、SiO2,、Al2O3、TiO2,、ZrO2,。

針對(duì)批量生產(chǎn)的需求，維捷開發(fā)了HSS高速燒結(jié)的批量生產(chǎn)解決方案,，通過安裝多臺(tái)生產(chǎn)設(shè)備,、集中式的供料和運(yùn)送機(jī)器人等自動(dòng)化設(shè)施，實(shí)現(xiàn)零件的批量生產(chǎn),。




隨后,，王澤利列舉了多個(gè)批量生產(chǎn)的案例，比如生產(chǎn)下面這個(gè)無人機(jī)二沖程發(fā)動(dòng)機(jī),，使用VX1000設(shè)備,，每層可以擺放130個(gè)零件，一箱可以打印780件,，總的打印時(shí)間為23小時(shí),，平均下來單個(gè)零件的加工時(shí)間為100秒。


打印PMMA材料的批量生產(chǎn)案例,，生產(chǎn)的是航空發(fā)動(dòng)機(jī)的葉片,，其尺寸規(guī)格為320×280×100mm，制造難度在于局部厚度只有0.5mm,。



批量生產(chǎn)PMMA進(jìn)氣歧管的案例,，使用VX1000機(jī)型，每層擺放21件,，每箱生產(chǎn)105件,，打印時(shí)間為23小時(shí)，平均單個(gè)件的打印時(shí)間為14分鐘,。


在砂型鑄造領(lǐng)域,，目前維捷最大的砂型3D打印機(jī)可達(dá)4米長(zhǎng),，一次可以打印12噸砂型，正在開發(fā)10米級(jí)的打印機(jī),，一次可打印60噸的超大鑄件砂型,。代表性的批量生產(chǎn)應(yīng)用案例是寶馬汽車公司。與傳統(tǒng)制造業(yè)的整合使復(fù)雜金屬零件的增材制造批量生產(chǎn)成為可能,。生產(chǎn)線結(jié)合五套VX1300X系統(tǒng),，每年可以打印幾十萬個(gè)零件。通過3D打印技術(shù)自由設(shè)計(jì)使汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻效率提高了20%,。


此外,，維捷還提供VX2000的系統(tǒng)方案，以滿足更大規(guī)模的生產(chǎn)需求,，采用一套供料,、供液系統(tǒng)；可集成4臺(tái)或6臺(tái)打印機(jī),；一套后處理輔機(jī)系統(tǒng)節(jié)省成本,。



最后，王澤利總結(jié)了本場(chǎng)直播的核心內(nèi)容：


●維捷的VX200打印機(jī)特別適合材料開發(fā),；
●維捷的噴墨3D打印技術(shù)用于量產(chǎn)正逐步成為趨勢(shì),；
●維捷可以根據(jù)用戶需求，選擇合適的3D打印和自動(dòng)化技術(shù),，成為用戶成功應(yīng)用的關(guān)鍵,。



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