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

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打印技術發(fā)明人，引領全球噴墨砂型3D打印技術。獨有PMMA粉末噴墨粘結(jié)打印技術，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設備，供應全球市場，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。


目前維捷的3D打印技術支持四大材料體系，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)打印機用一個單點激光融化粉末狀塑料聚合物，成本高速度慢，英國謝菲爾德大學機械工程系的教授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。這是一項革命性的技術，研發(fā)高速燒結(jié)技術的目的，是希望能夠通過這一項技術取代現(xiàn)有的技術，為3D打印能夠具備規(guī)?；a(chǎn)的能力。HSS高速燒結(jié)技術與SLS技術、MJF技術對比，具有眾多的優(yōu)勢。


HSS技術工藝流程主要包含四個步驟，首先鋪設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，實現(xiàn)固化；重復以上步驟，直至整個物體打印完成。


因此HSS技術具有眾多的優(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、醇基的粘結(jié)劑。



維捷開發(fā)了一款用于材料開的HSS設備VX200打印機，這款設計小巧、集成度高，適用的材料包括砂、蠟模、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的打印認證，PA12則完成了批量生產(chǎn)的認證。


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)設備、集中式的供料和運送機器人等自動化設施，實現(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)下面這個無人機二沖程發(fā)動機，使用VX1000設備，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進氣歧管的案例，使用VX1000機型，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。


在砂型鑄造領域，目前維捷最大的砂型3D打印機可達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，一次可打印60噸的超大鑄件砂型。代表性的批量生產(chǎn)應用案例是寶馬汽車公司。與傳統(tǒng)制造業(yè)的整合使復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打印技術自由設計使汽車發(fā)動機的冷卻效率提高了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；一套后處理輔機系統(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打印機特別適合材料開發(fā)；
●維捷的噴墨3D打印技術用于量產(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，成為用戶成功應用的關鍵。



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