易制科技：提高粘結(jié)劑噴射金屬3D打印零件性能和精度的關(guān)鍵技術(shù)

導(dǎo)讀：2022年12月20日開展的“增材制造Binder Jetting粘結(jié)劑噴射成形技術(shù)論壇”云集了惠普,、易制,、三帝科技、維捷,、Desktop Metal,、Digital Metal等眾多廠商。在此次增材制造Binder Jetting粘結(jié)劑噴射成形技術(shù)論壇上,，國內(nèi)外知名的幾個(gè)相關(guān)廠商做了非常有深度的分享交流,。來自武漢易制科技有限公司的董事長蔡道生以”提高BJ金屬零件性能和精度的關(guān)鍵技術(shù)“為題展開了分享。目前的BJ金屬零件的真實(shí)性能精度是什么,？存在的技術(shù)問題是什么,？易制科技又是如何解決的？讓我們聽一聽蔡道生是如何做出解答的,。

首先,，蔡道生董事長表示，目前的BJ金屬零件的尺寸精度綜合來說在±0.1mm/100mm以內(nèi),，最高可以達(dá)到±0.05mm,。粗糙度在3~5um之間，最高的可達(dá)2um,，但會(huì)犧牲一定的打印速度,。在粗糙度方面，BJ相比于SLM（激光燒結(jié)）技術(shù),，有著很大的優(yōu)勢,。目前,，BJ零件的致密度>99%。

蔡道生董事長此次的報(bào)告主要分為三個(gè)方面：
●影響因素分析
●關(guān)鍵技術(shù)解析
●已集成多種新技術(shù)的新裝備

一,、影響因素分析
蔡道生董事長在這一部分重點(diǎn)介紹了BJ技術(shù)制造零件過程中精度的影響因素,，包括對(duì)此采取的處理方法和手段。BJ技術(shù)的精度影響因素主要有7個(gè)方面,，包括：

●機(jī)械精度
●運(yùn)動(dòng)控制
●數(shù)據(jù)精度
數(shù)據(jù)精度為什么會(huì)影響零件精度,？因?yàn)閿?shù)據(jù)一般為點(diǎn)陣數(shù)據(jù)，具有分辨率的說法,，分辨率越高,，精度越高，但同時(shí)數(shù)據(jù)處理量越大,，存儲(chǔ)空間變大,。另一個(gè)方面，分辨率越高,，意味著點(diǎn)陣越多,，即墨滴越多，墨量越多,。墨量高到一定程度,，是不能被接受的，會(huì)嚴(yán)重影響打印過程,。
●噴墨精度
噴墨的定位精度是BJ技術(shù)獨(dú)有的精度因素,。這個(gè)定位精度會(huì)受到墨滴的大小、墨滴的速度影響,。墨滴越大即墨滴越重,，定位精度越準(zhǔn)，在運(yùn)動(dòng)過程中更易控制,，但對(duì)于粉末床會(huì)有較大的沖擊,，會(huì)造成粗糙的表明，需要調(diào)整合適的墨滴大小和速度,，減少?zèng)_擊,。
●墨滴滲透
墨滴滲透會(huì)直接影響粉末床邊界甚至是下表面的精度，如果墨滴滲透問題做的很好,，在清理過后,，零件的整個(gè)表面都會(huì)很光滑，肉眼甚至分辨不出來哪個(gè)是上表面,，哪個(gè)是下表面,。
●收縮變形
BJ技術(shù)涉及燒結(jié)，如果收縮均勻，是很容易通過軟件進(jìn)行補(bǔ)償?shù)�,。非均勻收縮會(huì)嚴(yán)重影響打印精度,，目前可以從粉末均勻性、密度,、保型性等方面進(jìn)行考慮解決這個(gè)問題,。
●噴孔缺陷
噴口堵塞一直是BJ工藝中永恒的話題，這個(gè)問題一直存在,。目前很多廠家一直致力于解決噴口有堵塞,、斜噴的問題。

蔡道生董事長表示易制科技針對(duì)上述精度影響因素有一整套的處理方法,，包括：
●在線數(shù)據(jù)處理：解決大的數(shù)據(jù)量問題,，低內(nèi)存占用問題。輪廓表面與實(shí)體內(nèi)部方便采用不同分辨率,，分區(qū)數(shù)據(jù)處理傳送打印,，減少存儲(chǔ)量。
●波形控制：實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定噴墨并減少環(huán)境風(fēng)速對(duì)墨滴運(yùn)行曲線的影響,，調(diào)節(jié)墨滴至合適的噴墨速度以及減少粉床沖擊,。
●滲透控制：零件上下作用相似的精度和粗糙度。
●新的鋪粉方法：能夠兼容不同形貌,，粉徑粉末,，提高鋪粉均勻性和致密度。
●容堵打�,。�對(duì)于噴頭堵塞盡可能的容許,。

零件性能的影響因素
蔡道生表示影響零件性能的因素主要有四點(diǎn)：

●粉末的燒結(jié)活性
●胚件的致密度：一般來說，胚體的致密度越高,，收縮率越小，變形可能性越低,。
●墨水殘余：希望殘余越小越好,，即便有殘余也不會(huì)產(chǎn)生什么影響。
●燒結(jié)爐潔凈度：不同的材料選擇不同的燒結(jié)爐,。

對(duì)應(yīng)的有一些解決措施,，包括：
●高致密度鋪粉方法：一定有壓實(shí)機(jī)構(gòu)
●低殘余的墨水：墨水高溫分解殘余少，殘余負(fù)面影響小
●細(xì)化晶粒添加劑：能夠有效減緩高溫?zé)Y(jié)時(shí)晶粒的長大
●高潔凈度燒結(jié)爐：爐體和發(fā)熱器件揮發(fā)物質(zhì)極少

二,、關(guān)鍵技術(shù)解析
1. 打印數(shù)據(jù)處理軟件（RIP）

蔡道生認(rèn)為打印數(shù)據(jù)處理軟件是重中之重,，沒有打印數(shù)據(jù)處理軟件一定做不好BJ金屬3D打印。打印數(shù)據(jù)處理軟件就是把切片的輪廓數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成打印機(jī)能夠接受的點(diǎn)陣數(shù)據(jù),。打印數(shù)據(jù)處理軟件應(yīng)該具備幾個(gè)功能：
●分區(qū)域數(shù)據(jù)處理：以700mm*700mm尺寸為例,，當(dāng)分辨率為1200*1200DPI時(shí)，單色點(diǎn)陣數(shù)據(jù)將達(dá)到1GB多，計(jì)算機(jī)運(yùn)行時(shí)將達(dá)到2GB,，如此龐大的數(shù)據(jù)量會(huì)使得計(jì)算機(jī)不堪重負(fù),。分域數(shù)據(jù)處理，就是專門處理大尺寸的功能,，即一邊打印一邊數(shù)據(jù)處理,，實(shí)現(xiàn)”小內(nèi)存處理大數(shù)據(jù)“
●在線數(shù)據(jù)處理：上述說到的”一邊打印一邊數(shù)據(jù)處理“需要在線功能，若是離線就不能做到了
●全映射數(shù)據(jù)處理技術(shù)：在傳統(tǒng)的噴繪里面,，通常采用插值提高分辨率,，但插值無法保證點(diǎn)陣的物理位置精度。全數(shù)據(jù)處理技術(shù)高精度點(diǎn)陣數(shù)據(jù),，無損映射到噴孔實(shí)際噴射的每一個(gè)物理位置,，不產(chǎn)生任何數(shù)據(jù)誤差。

2.精細(xì)化墨量調(diào)節(jié)技術(shù)

通常需要控制墨滴的大小,、形狀,。但對(duì)于墨滴的調(diào)節(jié)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，還需要對(duì)墨量進(jìn)行控制,。BJ金屬打印對(duì)墨量非常敏感,，每層噴墨過多或過少都會(huì)影響打印質(zhì)量。易制科技采用波形調(diào)節(jié)技術(shù)控制噴墨頭墨滴大小,，然后區(qū)分輪廓區(qū)域（精度描述）和填充區(qū)域（強(qiáng)度和墨量描述）進(jìn)行噴點(diǎn)調(diào)節(jié),，實(shí)現(xiàn)精細(xì)化墨量調(diào)節(jié)。

3.輪廓精準(zhǔn)還原技術(shù)：內(nèi)偏輪廓算法

輪廓是有一定”寬度“的,，這會(huì)影響零件尺寸,，造成尺寸偏大。傳統(tǒng)的輪廓環(huán)偏移算法對(duì)橫向墨水滲透和筆寬外偏進(jìn)行補(bǔ)償,，會(huì)因偏移算法的自身缺陷而丟失輪廓細(xì)節(jié),。內(nèi)偏輪廓算法只根據(jù)輪廓矢量數(shù)據(jù)進(jìn)行輪廓內(nèi)部”擴(kuò)寬“，不對(duì)輪廓數(shù)據(jù)產(chǎn)生任何影響,，如下圖所示,。

4.自適應(yīng)容堵技術(shù)

如果能把少數(shù)堵塞噴孔造成的打印缺陷分散在零件內(nèi)部，而不是聚集在某一位置,，零件的性能是可以容許一些噴墨缺陷存在的,。容堵打印控制技術(shù)通過RIP算法調(diào)整每個(gè)噴頭每次打印的數(shù)據(jù)，在打印中實(shí)現(xiàn)當(dāng)前層與上下層噴孔的隨機(jī)換位,，從而有效避免因噴孔堵塞造成的局部噴墨不佳而出現(xiàn)斷裂的情況,。

5.全自動(dòng)上送粉鋪粉系統(tǒng)

●全自動(dòng)上粉
●粉末高兼容性
●高致密度鋪粉
●高均勻性鋪粉
●集成自研”粉閥“，粉末傳輸關(guān)停自由
整個(gè)鋪粉機(jī)構(gòu)是將粉末均勻撒在整個(gè)工作面,，然后壓實(shí)的,。

6. 高密度保型粉末
●高坯金屬粉末：粉末粒度減小,，燒結(jié)活性很高；同時(shí)提高松裝密度,，保證流動(dòng)性,。
●高保型金屬粉末：球型粉末保型性較差�,？梢圆捎盟畾饴�(lián)合霧化粉和氣霧化粉相結(jié)合的方式,，使得粉末保型，同時(shí)提高粉末流動(dòng)性,，以利于鋪粉,。

7.低殘余環(huán)保水性墨水
什么樣的粘接劑合適呢？蔡道生表示這個(gè)問題沒有什么嚴(yán)格的規(guī)定,，但是有一定的基本要求,。從生產(chǎn)級(jí)角度出發(fā)，需要粘接劑環(huán)保,，同時(shí)在高溫?zé)Y(jié)中殘余很少,，對(duì)零件性能沒有什么負(fù)面影響。粘結(jié)劑滲透率需要控制在一定范圍,。他還表示,，對(duì)于不同的粉末一般使用不同的粘結(jié)劑。

三,、已集成多種新技術(shù)的新裝備
最后,，蔡道生董事長介紹了易制科技新一代BJ打印設(shè)備M400Pro，目前還未正式發(fā)布,，此款產(chǎn)品集成了各種技術(shù),，主要特點(diǎn)是自動(dòng)化、密閉性,。

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