3D печать с использованием технологии Binder Jetting

Технология 3D печати постоянно развивается, предоставляя всё новые и новые решения для производства. Среди многочисленных методов аддитивного изготовления, технология binder jetting занимает особое место благодаря своей уникальности, экономичности и разнообразию применяемых материалов. 

Эта технология объединяет в себе возможности создания высококачественных изделий с различными механическими и физическими свойствами, открывая перед производством новые горизонты.

Что такое технология 3D печати Binder Jetting?

Принцип работы технологии binder jetting

Технология binder jetting является одной из форм аддитивного производства (3D печати), которая отличается от других методов своим уникальным процессом создания объектов. 

В этой технологии используется два основных материала: порошковый базовый материал и жидкое связующее вещество. Процесс начинается с распределения тонкого слоя порошкового материала на рабочей платформе.

Затем печатная головка, управляемая компьютером, наносит связующее вещество на определенные участки порошка, следуя цифровой модели изделия.

Связующее вещество заставляет порошок сцепляться, образуя твердый слой. После нанесения связующего слой за слоем порошок добавляется и процесс повторяется, пока не будет создан полный объект.

После печати объект может требовать дополнительной обработки. Например, излишки порошка удаляются, и в зависимости от материала объект может подвергаться термической обработке (например, спеканию или инфильтрации), чтобы улучшить его прочность и характеристики.

Отличие технологии binder jetting от других методов 3D печати

Отличительной особенностью технологии binder jetting является отсутствие необходимости в использовании лазера для спекания порошка, как это происходит в SLM (Selective Laser Melting) или DMLS (Direct Metal Laser Sintering). Это делает технологию менее энергозатратной и позволяет избежать дополнительного нагрева материала, что снижает риск деформации изделий. К тому же, binder jetting позволяет печать с использованием широкого спектра материалов, включая металлы, песок и керамику.

История развития и применения технологии binder jetting

Технология binder jetting была разработана и запатентована компанией ExOne в 1993 году. С тех пор она постоянно совершенствовалась и нашла широкое применение в различных отраслях промышленности. Одним из ключевых преимуществ этой аддитивной технологии стала возможность быстрого и экономичного производства сложных геометрий и литейных форм, которые трудно или невозможно изготовить традиционными методами.

Какие материалы можно использовать в печати технологией binder jetting?

3D печать с использованием металлических порошков Metal Binder Jetting

Технология binder jetting позволяет использовать для печати широкий ассортимент металлических порошков, включая нержавеющую сталь, вольфрам, и даже прециозные металлы. Это открывает возможности для производства не только прототипов, но и функциональных деталей, таких как медицинские импланты и комплексные авиационные компоненты.

Использование песка и керамики в 3D печати Sand Binder Jetting

Помимо металлов, технология binder jetting находит применение в печати песчаных форм для литья и керамических изделий. Печать с песком особенно важна для литейной промышленности, где требуются сложные формы с высокой точностью детализации. А керамика, благодаря своей термостойкости и прочности, используется в производстве деталей, работающих в экстремальных условиях.

Преимущества и ограничения разных материалов

Ключевым преимуществом использования различных материалов в технологии binder jetting является гибкость выбора свойств готового изделия. Однако, необходимо учитывать, что каждый материал имеет свои ограничения, например, пористость металлов может повлиять на механическую прочность изделия, а высокая температура выжигания связующего вещества может ограничить использование некоторых видов керамики. 

В процессе binder jetting, одной из форм 3D печати, используются различные материалы, включая металлы, керамику, песок и полимеры. Выбор материала влияет не только на свойства и внешний вид готового продукта, но также определяет сферы его потенциального использования. Вот некоторые преимущества и ограничения основных типов материалов, используемых в технологии binder jetting:

Металлы

Преимущества:

• Высокая механическая прочность и устойчивость к высоким температурам.

• Возможность изготовления сложных металлических изделий, которые сложно или невозможно произвести традиционными методами.

• Подходят для изготовления компонентов для авиации, автомобилестроения и медицины.

Ограничения:

• Пористость материала может требовать последующих операций, таких как проникновение металла или инфильтрация для улучшения механических свойств.

• Высокая стоимость металлических порошков и производства.

Керамика

Преимущества:
— Высокая термостойкость и коррозионная устойчивость.
— Широкий выбор керамических материалов дает возможность использования в различных областях, включая медицину, электронику и промышленность.
Ограничения:
— Высокие температуры обжига, необходимые для синтеринга керамики, могут ограничивать использование некоторых видов связующих.
— Трудности в достижении высокой точности из-за усадки материала в процессе синтеринга.

Песок

Преимущества:

• Широко доступен и сравнительно дешев в использовании.

• Идеален для создания форм и литейных заготовок, что упрощает производство крупных и сложных металлических деталей.

• Позволяет создавать детали с высокой степенью детализации и сложной геометрией.

• Процесс печати с песком часто не требует постобработки, что ускоряет производственный процесс.

Ограничения:

• Ограниченная механическая прочность готовых изделий, что делает их непригодными для некоторых инженерных применений.

• Песчаные формы могут иметь более грубую поверхность по сравнению с металлическими или керамическими изделиями, что может потребовать дополнительной обработки.

• Ограниченные возможности по использованию в условиях, требующих высокой устойчивости к износу и высоким нагрузкам.

Полимеры

Преимущества:

• Легкость и гибкость материалов, что делает их удобными для прототипирования и создания функциональных моделей.

• Возможность печати деталей с различной степенью жесткости и эластичности.

• Широкий выбор полимеров позволяет создавать изделия с различными физическими и химическими свойствами.

• Печать полимерами обычно требует меньше энергии и температуры по сравнению с металлами и керамикой, что делает процесс более экономичным.

Ограничения:

• Ограниченная механическая прочность и термостойкость по сравнению с металлами и керамикой, что может ограничивать их применение в определенных областях.

• Возможные проблемы с долговечностью и износостойкостью изделий, изготовленных из некоторых типов полимеров.

• Пористость и слоистая структура могут влиять на финальные свойства изделия и требовать дополнительной постобработки.

Sinterjet M60 3D принтер: Metal Binder Jetting

Sinterit M60 — это высококачественный 3D-принтер, использующий технологию Metal Binder Jetting, идеально подходящий для создания точных и прочных металлических деталей. Его высокая производительность, поддержка разнообразных материалов и индустриальное качество делают его отличным выбором для профессионалов в области инженерии и производства. Несмотря на высокую стоимость и требования к постобработке, его функциональность и надежность обеспечивают создание сложных и детализированных металлических объектов, что делает его ценным инструментом для промышленного использования.

Особенности:

• Технология Metal Binder Jetting: Позволяет создавать металлические детали высокой точности и прочности за счет использования металлических порошков и связывающего вещества.

• Высокая точность и детализация: Толщина слоя до 0.05 мм обеспечивает высокую детализацию и точность печати.

• Широкая область печати: Область печати 380 x 250 x 200 мм позволяет создавать крупные детали или партии мелких деталей одновременно.

• Разнообразие материалов: Поддерживает печать различными металлическими порошками, такими как сталь, алюминий, титан и др.

• Простота использования: Интуитивно понятное ПО Sinterit Studio и поддержка других CAD программ упрощают процесс подготовки и управления печатью.

• Высокая производительность: Возможность печати сложных металлических объектов с высокой скоростью и точностью.

Плюсы:

• Высокая точность и прочность деталей: Технология Metal Binder Jetting обеспечивает создание деталей с высокой точностью и механической прочностью, что важно для инженерных и производственных задач.

• Широкая область печати: Позволяет создавать крупные детали или серии мелких деталей, увеличивая производительность.

• Разнообразие материалов: Поддержка различных металлических порошков делает этот принтер универсальным для разных приложений.

• Простое и мощное ПО: Sinterit Studio и поддержка других CAD программ облегчают процесс подготовки моделей и управления печатью.

• Индустриальное качество: Подходит для использования в промышленности, включая производство прототипов и конечных продуктов.

Минусы:

• Высокая стоимость: Принтер и расходные материалы могут быть дорогостоящими, что может ограничить его доступность для малого бизнеса и индивидуальных пользователей.

• Требования к оборудованию: Для работы с металлическими порошками и их постобработки требуется специальное оборудование и меры безопасности.

• Вес и габариты: Принтер весит 150 кг, что затрудняет его перемещение и установку без специального оборудования.

• Сложность постобработки: Детали, напечатанные с использованием Metal Binder Jetting, требуют постобработки, такой как спекание, что увеличивает время и стоимость производства.

3D принтер Robotech R-2000 Sand Binder Jetting

Robotech R-2000 предназначен для удовлетворения потребностей крупных металлургических предприятий в изготовлении вспомогательных, крупногабаритных 3D-изделий из композитного порошка. В промышленных принтерах серии R используется технология Binger-Jetting, при которой специальное связующее вещество обеспечивает послойное склеивание композитного порошка.

Это высокопроизводительная машина для печати с большой камерой построения (2000x1000x1000 мм), способная создавать крупные формы для отливки в течение 24 часов без необходимости в дополнительных ресурсах.

Конструкция изготовлена из первоклассных материалов, которые придают всем компонентам и механизмам необходимые характеристики для обеспечения надежной, точной, быстрой и стабильной 3D печати форм для литья любых сложностей и геометрий.

Разработка R-2000 является интеллектуальной собственностью компании Robotech, российского производителя из Перми, что подтверждается соответствующими патентами. Благодаря новаторским решениям компании значительно сокращается время, необходимое для введения новых продуктов в серийное производство.

Читайте также Обзор 3D-принтера Robotech R-2000

Особенности:

• Технология Binder Jetting: Использует технологию послойного склеивания кварцевого песка фурановой смолой, что позволяет создавать сложные литейные формы при комнатной температуре.

• Большая область печати: Область печати 2000 x 1000 x 1000 мм подходит для создания крупных литейных форм и серийного производства.

• Высокая производительность: Скорость печати до 20 мм/час позволяет быстро изготавливать детали.

• Простота использования: Интуитивно понятное программное обеспечение и удобное подключение через USB и Ethernet.

• Надежность и долговечность: Прочная конструкция из высококачественных материалов обеспечивает стабильную и долгосрочную работу.

Плюсы:

• Высокая точность и качество печати: Толщина слоя от 0.2 до 0.5 мм обеспечивает высокую детализацию и точность форм.

• Универсальность: Поддержка различных видов металлических и песчаных порошков позволяет использовать принтер для различных применений в металлургии и машиностроении.

• Экономия времени и средств: Технология Binder Jetting ускоряет процесс производства литейных форм и снижает себестоимость продукции.

• Простота постобработки: Готовые формы сразу доступны для литья, не требуя дополнительных операций, таких как обжиг.

• Большая область печати: Позволяет создавать крупные объекты или серийно производить мелкие детали, что увеличивает производительность.

Минусы:

• Высокая стоимость: Цена устройства и расходных материалов может быть недоступна для малого бизнеса и индивидуальных пользователей.

• Требования к оборудованию: Для работы с металлическими порошками и их постобработки требуется специальное оборудование и меры безопасности.

• Габариты и вес: Принтер весит 1500 кг и занимает много места, что требует специального помещения для установки и эксплуатации.

• Шумность: Работа принтера может быть шумной, что стоит учитывать при размещении в производственных условиях.

3D принтер 3D Systems CPJ 860Pro  Polymer Binder Jetting

Полноцветный 3D-принтер ProJet 860 Pro (также известный как ZPrinter 850), обладающий наибольшей камерой для создания моделей, является старшим представителем серии ProJet х60. Как и остальные полноцветные модели этой линейки, он выделяется отличной цветопередачей (воспроизводит до 390 000 цветов), высокой скоростью печати моделей и простотой эксплуатации. ProJet 860 Pro способен изготавливать цветные изделия из специального порошка на основе гипса. Этот аппарат широко используется в архитектуре, дизайне, инженерных разработках, рекламе и производстве потребительских товаров.

Особенности:

• Технология Polymer Binder Jetting: Использует технологию послойного склеивания полимерных порошков с помощью связующих веществ, что позволяет создавать детализированные и прочные объекты.

• Высокая точность: Толщина слоя 0.1 мм обеспечивает высокую детализацию и точность печати.

• Широкая область печати: Область печати 508 x 381 x 229 мм позволяет создавать средние и крупные объекты.

• Высокая производительность: Скорость печати до 50 мм/час обеспечивает быстрое изготовление деталей.

• Интуитивно понятное ПО: Программное обеспечение 3D Sprint упрощает процесс подготовки моделей к печати и управления процессом печати.

• Надежность и стабильность: Прочная конструкция из высококачественных материалов обеспечивает стабильную и долгосрочную работу.

Плюсы:

• Высокая точность и детализация: Тонкие слои обеспечивают создание детализированных и точных моделей.

• Быстрая скорость печати: Эффективно обрабатывает большие объемы данных, экономя время на производство.

• Универсальность: Поддержка различных полимерных порошков позволяет использовать принтер для широкого спектра приложений.

• Простое управление: Интуитивное программное обеспечение и удобное подключение через USB и Ethernet.

• Надежность и долговечность: Прочная конструкция и качественные компоненты обеспечивают долговечность и стабильную работу.

Минусы:

• Высокая стоимость: Цена устройства и расходных материалов может быть недоступна для малого бизнеса и индивидуальных пользователей.

• Требования к оборудованию: Для работы с полимерными порошками и связующими веществами требуется специальное оборудование и меры безопасности.

• Вес и габариты: Принтер весит 250 кг и занимает значительное пространство, что требует достаточного места для установки и эксплуатации.

• Шумность: Принтер может быть шумным во время работы, что стоит учитывать при размещении в производственных условиях.

3D принтер Voxeljet VX200 Ceramic Binder Jetting

Voxeljet VX200 — это высококачественный 3D-принтер, использующий технологию Ceramic Binder Jetting, идеально подходящий для создания детализированных и прочных керамических объектов.

Особенности:

• Технология Ceramic Binder Jetting: Использует послойное склеивание керамических порошков с помощью связующих веществ, что позволяет создавать детализированные и прочные керамические объекты.

• Высокая точность: Толщина слоя от 100 до 200 мкм обеспечивает высокую детализацию и точность печати.

• Средняя область печати: Область печати 300 x 200 x 150 мм позволяет создавать средние и мелкие объекты.

• Интуитивно понятное ПО: Программное обеспечение Voxeljet Software Suite упрощает процесс подготовки моделей к печати и управления процессом печати.

• Надежность и стабильность: Прочная конструкция из высококачественных материалов обеспечивает стабильную и долгосрочную работу.

Плюсы:

• Высокая точность и детализация: Тонкие слои обеспечивают создание детализированных и точных моделей.

• Универсальность: Поддержка различных керамических порошков позволяет использовать принтер для широкого спектра приложений, включая создание прототипов и конечных продуктов.

• Простое управление: Интуитивное программное обеспечение и удобное подключение через Ethernet.

• Надежность и долговечность: Прочная конструкция и качественные компоненты обеспечивают долговечность и стабильную работу.

• Применение в различных отраслях: Подходит для использования в ювелирном деле, медицине, производстве и архитектуре.

Минусы:

• Высокая стоимость: Цена устройства и расходных материалов может быть недоступна для малого бизнеса и индивидуальных пользователей.

• Требования к оборудованию: Для работы с керамическими порошками и связующими веществами требуется специальное оборудование и меры безопасности.

• Вес и габариты: Принтер весит 450 кг и занимает значительное пространство, что требует достаточного места для установки и эксплуатации.

• Шумность: Принтер может быть шумным во время работы, что стоит учитывать при размещении в производственных условиях.

В чем преимущества и недостатки 3D печати технологией binder jetting?

Скорость печати и экономичность процесса

Одним из наибольших преимуществ технологии binder jetting является скорость печати и экономическая эффективность процесса. Благодаря отсутствию необходимости в подогреве материала и последующем его спекании лазером, процесс печати заметно ускоряется, а затраты на производство снижаются.

Качество и прочность получаемых изделий

Несмотря на высокую скорость печати, технология binder jetting способна обеспечить высокое качество и прочность изделий. Однако, стоит отметить, что конечные свойства зависят от последующей обработки, такой как спекание в печи, которое позволяет достичь необходимой механической прочности и минимальной пористости.

Какие промышленные сектора активно используют 3D печать на основе binder jetting?

Применение в авиационной и автомобильной промышленности

Авиационная и автомобильная промышленности являются одними из основных пользователей технологии binder jetting благодаря возможности быстрого и экономичного производства сложных деталей и форм для литья. Такой подход позволяет сократить сроки разработки новых моделей и оптимизировать производственные процессы.

Использование в стоматологии и медицинских имплантах

Стоматология и производство медицинских имплантов также активно внедряют аддитивные технологии, включая binder jetting, для создания точных и индивидуализированных решений. Возможность использования биосовместимых металлов делает эту технологию идеальной для данных областей.

Производство сложных форм и изделий для литья

Производство сложных литейных форм является одним из наиболее перспективных направлений применения технологии binder jetting. Благодаря возможности создавать детализированные формы с высокой точностью, технология значительно сокращает время и затраты на производство, открывая новые возможности для литейной промышленности.

Перспективы развития технологии 3D печати методом binder jetting

Инновации и улучшение качества печати

Одним из направлений развития технологии binder jetting является совершенствование качества печати и расширение возможностей по работе с различными материалами. Инновации в области связующих веществ и технологии послепечатной обработки открывают путь к улучшению механических свойств и детализации изделий.

Расширение списка материалов для печати

Расширение списка доступных для печати материалов, включая новые сплавы и композиты, позволит в будущем создавать изделия с уникальными свойствами и функциями, удовлетворяя специфические потребности различных отраслей промышленности.

Новые направления применения в различных отраслях

Постоянное улучшение технологии и расширение ее возможностей будут способствовать открытию новых направлений применения binder jetting в различных секторах. От машиностроения до ювелирной промышленности, от архитектуры до образования — перспективы аддитивных технологий практически безграничны.