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,，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)模化生產(chǎn)的能力,。HSS高速燒結(jié)技術(shù)與SLS技術(shù),、MJF技術(shù)對比，具有眾多的優(yōu)勢,。


HSS技術(shù)工藝流程主要包含四個步驟,，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,，直至整個物體打印完成,。


因此HSS技術(shù)具有眾多的優(yōu)勢：
● 打印速度快,，在批量制造方面有明顯的優(yōu)勢，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)！⑻沾�,、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,，通過安裝多臺生產(chǎn)設(shè)備、集中式的供料和運(yùn)送機(jī)器人等自動化設(shè)施,，實(shí)現(xiàn)零件的批量生產(chǎn),。




隨后，王澤利列舉了多個批量生產(chǎn)的案例,，比如生產(chǎn)下面這個無人機(jī)二沖程發(fā)動機(jī),，使用VX1000設(shè)備，每層可以擺放130個零件,，一箱可以打印780件,，總的打印時間為23小時，平均下來單個零件的加工時間為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，打印時間為23小時,，平均單個件的打印時間為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,，一次可以打印12噸砂型,，正在開發(fā)10米級的打印機(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零件,。通過3D打印技術(shù)自由設(shè)計(jì)使汽車發(fā)動機(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臺或6臺打印機(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；
●維捷可以根據(jù)用戶需求,，選擇合適的3D打印和自動化技術(shù),，成為用戶成功應(yīng)用的關(guān)鍵。



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