Binder Jetting: обзор технологии 3D-печати

В этой статье мы рассказываем о технологии 3D-печати Binder Jetting — впрыск связующего вещества. Здесь вы найдете: описание технологии, её принцип действия, возможности, сферы применения и примеры напечатанных деталей и образцов оборудования для 3D-печати по технологии Binder Jetting.

Содержание

Что такое и как работает Binder Jetting

Фото: exone.com

Binder Jetting (BJ) — технология и метод 3D-печати, работающие с различными типами материалов, такими как керамика, металлы и полимеры.

Технология BJ была разработана в MIT (Массачусетском технологическом институте) в 1993 году, а затем приобретена американской компанией Z Corporation, и позже — компанией 3D Systems. Технология широко применяется в промышленности — в разработке и производстве.

Фото: exone.com

Binder Jetting, как и следует из названия (binder — связующее вещество, jetting — нанесение впрыском, струйная печать), включает в себя нанесение жидкого связующего, подобно нанесению чернил на бумагу в струйном принтере.

Порция порошка попадает в камеру печати, разравнивается валиком до получения тонкого слоя, над слоем проходит печатающая головка, нанося связующее, затем наносится следующая порция порошка и процесс повторяется.

По этой технологии можно печатать разными материалами — гипсом, металлами, керамикой, песком, полимерами.

В отличие от большинства прочих технологий 3D-печати, BJ позволяет создавать полноцветные модели, для чего надо лишь добавить краситель в связующее вещество. Возможно нанесение красителя не только на внешний слой, но и на любую глубину, что сделает такой рисунок крайне устойчивым к любым воздействиям.

После печати по технологии BJ, полученные изделия требуют постобработки, разной для разных материалов печати.

Печать металлами по технологии Binder Jetting

Прототип BJ

При 3D-печати металлом по технологии BJ используются металлические порошки разного состава и полимерное связующее. Эта технология позволяет печатать металлом детали, которые невозможно создать традиционными методами производства — в первую очередь речь о создании внутренних структур детали, они могут быть любой формы и сложности. Технология дает возможность печатать разными металлами и неметаллическими материалами, в том числе нержавеющей сталью, медью, инконелем, карбидом вольфрама, титаном, керамикой и композитами.

После завершения печати детали должны пройти обработку, которая придает им прочностные характеристики цельнометаллического изделия — выжигание связующего и/или спекание. Для этого напечатанные детали помещают в печь и выдерживают в заданных температурных режимах.

Спекание проводится при температуре в 97 процентов от температуры плавления материала печати. Во время спекания детали поддаются усадке, что учитывается заранее, при моделировании детали для печати.

В некоторых случаях спекание не производится, проводится выжигание связующего, при котором модель сохраняет свои размеры и теряет в плотности до 60%, а получившиеся пустоты заполняются бронзой.

Подробнее о прочих технологиях печати металлов и принтерах, предназначенных для работы с особым видом филаментов, рассказано в этой статье.

Печать песком и другими материалами по технологии Binder Jetting

Фото: sculpteo.com

Binder Jetting позволяет печатать песком литьевые формы, для последующего литья металлов, а керамикой и смесовыми композитными материалами — всевозможные изделия, в том числе декоративные, чему очень способствует возможность 3D-печати полноцветных моделей.

Для цветной печати в 3D-принтере используются две печатающие головки: одна для нанесения связующего, другая — для нанесения краски. Тем, кто хочет подробнее ознакомиться с принципами многоцветной 3D-печати, предлагаем прочитать интересную статью о цветных 3D-принтерах.

Чтобы усилить механическую прочность модели, она подвергается спеканию, как и в примере с металлическими деталями, описанном выше.

Для 3D-печати по технологии BJ можно использовать различные сыпучие материалы, в том числе натуральный песок и искусственный кремнезем.

Изготовление песчаных литьевых форм по технологии BJ позволяет получать формы с высокой точностью размеров, в сжатые сроки и по низкой стоимости.

Материалы 3D-печати Binder Jetting

Материалы для 3D-печати Binder Jetting

Количество материалов для BJ-3D-печати со временем увеличивается, разрабатываются новые типы сырья, но есть несколько основных, наиболее часто применяемых в Binder Jetting’е порошков.

Кремнеземный песок

Для 3D-печати моделей с высокой устойчивостью к повышенным температурам следует выбрать именно этот материал. Кремнеземный песок позволяет добиться потрясающих результатов при литье металлов в напечатанные из него песчаные формы.

Полноцветная печать песчаником или гипсом

Такие детали хрупки и не рассчитаны на механические нагрузки, обычно это декоративные или демонстрационные модели: позволяющие увидеть возможности полноцветной печати сэмплы, наглядные пособия для обучения, предметы интерьерного декора, дубли произведений искусства и других экспонатов для музеев.

Нержавеющая сталь

Как упоминалось выше, металлические детали при запекании дают усадку, что значительно изменяет их размеры. Тем не менее, если учесть усадку при проектировании модели, напечатанные из нержавейки детали могут быть применены в любой области, заменяя литые или выполненные по других традиционным технологиям. Готовые модели обладают высокой прочностью и отличными механическими свойствами, а также высокой устойчивостью к коррозии.

Напечатанные без последующего спекания стальные изделия, пропитанные бронзой после выжигания связующего, также обладают высокой прочностью (хоть и несколько меньшей, чем цельностальные, и сохраняют пористость до 10%) и могут быть использованы в широком спектре технических задач. Их преимущество — более точные и предсказуемые размеры.

Карбид вольфрама

3D-печать карбидом вольфрама по технологии BJ с последующим запеканием позволяет получить обладающие высокой твердостью насадки для режущего инструмента.

Инконель

3D-печать инконелем по технологии Binder Jetting с последующим запеканием дает детали с отличной механической прочностью, химически стойкие и выдерживающие высокие температуры.

Плюсы и минусы Binder Jetting

плюсы и минусы струйной печати Binder

Подытожим плюсы и минусы 3D-печати по технологии Binder Jetting, чтобы иметь четкое представление о её преимуществах и ограничениях.

Плюсы Binder Jetting

Низкая стоимость, по сравнению с другими процессами 3D-печати металлами, такими как DMLS, SLM или Material Jetting.
Возможность печати полноцветных прототипов.
Богатые возможности печати внутренних структур.
Отсутствие деформации при печати.
Высокая производительность при производстве малых и средних партий.

Минусы Binder Jetting

Высокая пористость моделей, по сравнению с изготовленными на DMLS или SLM, что приводит к меньшей механической прочности.
Хрупкость детали в процессе, до термообработки.
Необходимость закладывать разницу в размерах на усадку, при печати моделей под запекание.
Ограниченное количество материалов — их еще не так много, по сравнению с другими процессами 3D-печати.

3D-принтеры Binder Jetting

Некоторые представители BJ-принтеров для ознакомления.

3D-принтер Robotech R-2000

Технология печати Binder-Jetting Толщина слоя от 200 мкм
Скорость печати 6-20 мм/час

Условия поставки

Цена 56 200 000

Robotech R-2000 — большой промышленный принтер для крупных предприятий, работающих в металлургической отрасли. Разработан российскими конструкторами компании «Роботех». Отличительная особенность аппарата — огромная область построения размером 2 000 × 1 000 × 1 000 мм, что открывает возможность печати цельных литейных форм для изготовления крупных объектов. Допускается создание трехмерных предметов любой степени сложности с точки зрения геометрии. Существует возможность кастомизации по желанию заказчика, включающей изменение области печати и перенастройку программного обеспечения.

Плюсы:

Экологичность и безопасность печати.
Надежность оборудования.
Весь процесс автоматизирован.
Удаленное управление принтером.
Допускается задействовать не всю область печати и многократно использовать несвязанный песок.
Интеграция с ERP-системой предприятия.

Минусы:

Если модель печатается под запекание, следует учитывать процент усадки.

Узнайте больше о Robotech R-2000.

3D-принтер Robotech R-600

Технология печати Binder-Jetting Толщина слоя от 200 мкм
Скорость печати 6-20 мм/час

Robotech R-600 — малый промышленный принтер для небольших компаний металлургического сектора индустрии, образовательных учреждений, конструкторских и исследовательских бюро. Разработан и собран в ООО «Роботех» (Россия). Размеры области построения модели R-600 600 × 480 × 250 мм позволяют печатать средние и малые формы под отливку. Скорость воспроизведение формы — не более суток.

Плюсы:

Возможность печати объектов со сложной геометрией.
Высокая скорость и точность печати.
Кастомизация под нужды заказчика (увеличение области печати, адаптация ПО).
Экономичный за счет повторного использования несвязанного песка и использования не полной области построения.
Может быть интегрирован в ERP-систему компании.

Минусы:

По сравнению с другими технологиями 3D-печати трехмерный объект получается более пористый.

Узнайте больше о Robotech R-600.

О возможностях 3D-принтеров Robotech, характеристиках, особенностях и преимуществах моделей Robotech R-2000 и R-600 для печати песком форм для литья металлами читайте в нашем обзоре.

3D-принтер ExOne X1 160Pro

ExOne X1 160Pro — крупнейший BJ-3D-принтер для печати металлом. Он оснащен эксклюзивной запатентованной системой ExOne Triple ACT, которая обеспечивает лучшую в отрасли плотность и повторяемость деталей, и печатает детали с размерами до 800 x 500 x 400 мм, т.е. 160 литров, что более чем в 2,5 раза превышает объем камеры печати конкурирующих образцов других производителей.

Узнайте больше о 3D-принтере ExOne X1 160Pro.

Образцы принтов, сделанных по технологии Binder Jetting

Фото: ExOne

Фото: ExOne