Технология Binder Jetting

Технология Binder Jetting используется в промышленных 3D-принтерах для изготовления литейных песчаных форм и стержней сложной геометрии и серийного производства функциональных изделий из металлов, жаропрочных сплавов, керамики, неметаллических и композитных материалов. 

Аддитивная технология Binder Jetting  предназначена для 3D-печати функциональных изделий, моделей, технологической оснастки любой геометрической сложности  непосредственно по их цифровым (CAD) моделям и заключается в последовательном формировании заготовки в результате послойного отверждения особым образом подготовленного мелкодисперсного твердого материала и избирательно нанесенного на него связующего агента. В качестве мелкодисперсного твердого материала используется широчайший перечень сыпучих материалов для 3D-печати: традиционный и синтетический литейный песок, практически любые металлы и их сплавы, жаропрочные металлические и неметаллические композиции, керамики и композиционные материалы с заданными свойствами.  

Печать песчано-полимерных литейных форм и стержней Материал 3D печати: литейный песок, фурановая смола	Печать металлических волноводов Материал 3D печати: нержавеющая сталь	Печать песчаных литейных стержней  Материал 3D печати: литейный песок, фенольная смола	Печать металлических композитных изделий  Материал 3D печати: нержавеющая сталь/бронза (90% Cu / 10% Sn)
Печать графитового сердечника ротора Материал 3D печати: графит	Печать кремниевого корпуса для электроники Материал 3D печати: карбид кремния SC	Печать металлокерамических электронных компонентов Материал 3D печати: оксид алюминия Al2O3	Печать металлокерамических электронных компонентов Материал 3D печати: оксид циркония Zr2O3

Основные операции 3D-печати по технологии Binder Jetting (струйной печати)

Нанесение первого слоя твердого дисперсного материала	Нанесение связующего агента	Формирование первого слоя изделия
Нанесение первого тонкого слоя песка или порошка из металлов, неметаллов, керамики и.т.д. на поверхность плиты элеватора печатного бункера	Горизонтальное перемещение печатной головки обеспечивает избирательное нанесение связующего агента на дисперсные частицы твердого материала	Связанные частицы твердого материала формируют стенки будущего изделия – после полного прохода печатной головки, плита элеватора печатного бункера опускается горизонтально вниз на глубину равную высоте слоя
Повторное нанесение слоя твердого дисперсного материала	Повтор предыдущих операций	Финишная обработка
С помощью рекоутера прецизионно наносится следующий слой мелкодисперсного материала поверх ранее сформированного слоя изделия	Операции нанесения мелкодисперсного материала и избирательное нанесения связующего вещества повторяются до полного завершения построения изделия	После завершения технологического процесса изделие извлекается из печатного бункера и направляется на термообработку, если это необходимо

 

Особенности технологии Binder Jetting

Технология была разработана и запатентована в Massachusetts Institute of Technology в 1993 г. Компания ExOne с 1996 года обладает эксклюзивным патентом на использование Binder Jetting в области аддитивного производства и обладает глубокими разносторонними компетенциями в области 3D печати песком, металлом, керамикой и композитами. 3D-принтеры ExOne разработаны с учетом анизотропии свойств различных материалов и требованиям к реализации технологии.

- Необходимо обеспечение формирования капель связующего агента определенной формы и объема для эффективного взаимодействия связующего  с частицами твердого материала  по всей глубине слоя
- Слой твердого материала состоит из несферических частиц
-  Связующее должно обеспечить отверждение конкретного объема дисперсной смеси (формирование воксела) и не «протекать» за пределы воксела
- Мелкодисперсный материал должен быть распределен поверх существующих слоев на контролируемую глубину по всему объему печатного бункера, для повышения плотности будущего изделия слой  должен быть максимально уплотнен с помощью технологии Triple ACT
- Процесс должен быть повторяемым и воспроизводимым

Преимущества технологии Binder Jetting

1.   Самая быстрая печать - серийное производство

3D-печать по технологии Binder Jetting на сегодняшний день является самой быстрой. Самый быстрый 3D-принтер по металлу X1 160Pro имеет скорость печати более 10 000,00 см³/час, что позволяет использовать 3D-принтеры производства ExOne для серийного производства. Пример высокопроизводительной 3D-печати представлен ниже.

Задача: серийная 3D-печать металлических насосных колес	Аддитивная машина: X1 160Pro
Материал: нержавеющая сталь 316L (аналог 03Х16Н15М3)
Количество:400 шт.
Время печати:24 часа

2.   Высокая точность

Аддитивные машины производства ExOne обеспечивают точность геометрических размеров изделий ± 0,3мм. Отсутствие лазера и оптической системы позволяет избежать критических температурных влияний в процессе послойного формирования стенок заготовки и неизбежных для SLM и EBM проблем, связанных с искажением геометрии пятна лазера в процессе фокусировки на удаленных от основной оси участках области печати.  

Задача: 3D-печать песчаной литьевой формы для получения  отливки прототипов корпуса коробки передач из алюминиевого  сплава а356 (аналог АК7пч)	Аддитивная машина: S-Max Pro
Материал 3D печати: литейный песок/фурановая смола
Время печати: 4 часа

3.    Нет ограничений по габаритным размерам

Максимальным объемом области построения обладает песчаный 3D принтер SMaxPro с двумя печатными бункерами (1 бункер ДШВ=1800×1000×700мм; 1260 л), однако технология позволяет печатать крупные фрагменты форм, которые можно собрать сразу же после печати.  

4.     Отсутствие технологической оснастки и модельного производства

Процесс исключает применение модельной оснастки. Отсутствие необходимости в проектировании и изготовлении оснастки позволяет сократить время на ТПП и себестоимость изделий, проектирование модельной оснастки для которых чрезвычайно трудоемко, либо невозможно. Значительно сокращаются затраты на организацию и содержание модельных участков. Конструкция изделий не ограничена возможностями инструментального производства.

Задача: 3D-печать песчаной литьевой формы для получения отливки цилиндра компрессора из чугуна	Аддитивная машина: S-Max Pro
Традиционная технология:	Аддитивная технология:
- производство модельной оснастки, свободное литье чугуна, фрезеровка;	- печать песчаных литейных форм,  свободное литье чугуна
- время традиционного производства – 16-17 недель;	- время аддитивного производства – 8 недель;
- стоимость оснастки – €17 000,00	- стоимость оснастки – €0,00
	- материал 3D печати: литейный песок/фурановая смола

5.  Улучшенные свойства готовой продукции

Благодаря послойному построению, изделия обладают уникальным набором свойств. Например, детали, созданные на металлическом 3D-принтере, по своему механическому поведению, плотности, остаточному напряжению и другим свойствам превосходят аналоги, полученные с помощью литья и обработки давлением. Технология Binder Jetting родственна MИM-технологии (от англ. Metal Injection Molding), напечатанным заготовкам можно придать ряд уникальных свойств, таких как повышенная прочность, износостойкость, сопротивление коррозии в процессе спекания.

Статор	Аддитивная машина: Innovent+
Износ статора изготовленного традиционным  способом после 200-300 часов эксплуатации	Статор, напечатанный на 3D-принтере  инфильтрированный бронзой - после 600 часов эксплуатации,  следы износа отсутствуют
Задача: 3D печать металлического статора и  инфильтрация бронзой в процессе отжига
Материал 3D печати: нержавеющая сталь, бронза

6.  Возможность изготовления изделий со сложной геометрией.

Оборудование для аддитивных технологий позволяет производить предметы, которые невозможно получить другим способом. Например, деталь внутри детали или очень сложные системы охлаждения на основе сетчатых конструкций (этого не получить ни литьем, ни штамповкой).

Аддитивное производство песчано-полимерных литейных форм и стержней

Технология не требует технологической оснастки и применяется для печати песком литейных форм и стержней в литейном производстве для изготовления отливок из алюминия, стали, чугуна, медных сплавов, свинца, титана и т.д. 

Аддитивное серийное производство заготовок из металлов и неметаллов, керамики, композиционных материалов

Высокая скорость и точность печати позволяет организовать серийное производство изделий любой геометрической сложности с помощью трехмерной печати металлом, керамикой, графитом, вольфрамом и композиционными материалами с заданными свойствами.