Yizhi Technology: バインダージェット金属 3D プリント部品の性能と精度を向上させる主要技術

概要：2022年12月20日に開催された「積層造形バインダー噴射技術フォーラム」には、HP、Yizhi、Sandi Technology、Weijie、Desktop Metal、Digital Metalなど多くのメーカーが集まりました。この積層造形バインダー噴射技術フォーラムでは、国内外の有名メーカー数社が、非常に詳細な情報共有と交流を行いました。武漢易志科技有限公司の蔡道勝会長は、「BJ金属部品の性能と精度を向上させるための重要な技術」というテーマについて自身の見解を述べた。現在のBJ金属部品の実際の性能精度はどの程度ですか?どのような技術的な問題がありますか? Yizhi Technology はこの問題をどのように解決するのでしょうか?蔡道勝氏がこの質問にどう答えるか聞いてみましょう。

まず、蔡道勝会長は、BJ金属部品の現在の寸法精度は一般的に±0.1mm/100mm以内であり、最大±0.05mmに達する可能性があると述べた。粗さは 3 ～ 5um で、最高 2um まで到達できますが、印刷速度がある程度犠牲になります。粗さの点では、BJ は SLM (レーザー焼結) 技術に比べて大きな利点があります。現在、BJ 部品の密度は 99% を超えています。

蔡道勝会長の報告は主に3つの側面に分かれています。
●影響要因の分析
●主要技術の分析
●複数の新技術を融合した新設備

1. 影響要因の分析 このセクションでは、蔡道勝会長が、BJ技術を使用して製造された部品の精度に影響を与える要因と、それに対処する方法や手段を紹介することに重点を置きました。 BJ テクノロジーの精度に影響を与える主な要因は次の 7 つです。

●機械精度●動作制御●データ精度 データの精度が部品の精度に影響するのはなぜですか?データは一般的にドットマトリックスデータであるため、解像度があります。解像度が高いほど精度が高くなりますが、同時にデータ処理量も大きくなり、保存スペースも大きくなります。一方、解像度が高くなるとドットの数が増え、つまりインク滴の数とインク量が増えます。インクの量が一定レベルに達すると、許容範囲を超え、印刷プロセスに重大な影響を与えます。
●インクジェット精度 インクジェットの位置決め精度は、BJ テクノロジーの独自の精度要素です。位置決め精度はインク滴のサイズと速度によって影響を受けます。インク滴が大きいほど、重量が増し、位置決め精度が高くなり、移動時の制御が容易になります。ただし、パウダーベッドへの影響が大きくなり、表面が荒れてしまいます。影響を軽減するには、適切なインク滴サイズと速度を調整する必要があります。
●インク滴の浸透性 インク滴の浸透は、粉末床境界や下面の精度に直接影響します。インク滴の浸透の問題が適切に処理されていれば、洗浄後の部品の表面全体が非常に滑らかになり、肉眼では上面と下面の区別さえできません。
●収縮変形
BJ 技術には焼結が含まれており、収縮が均一であればソフトウェアで簡単に補正できます。不均一な収縮は印刷精度に重大な影響を及ぼします。現在、この問題は粉末の均一性、密度、形状保持などを考慮することで解決できます。
●ノズル穴不良 ノズルの詰まりは、BJ プロセスにおいて常に永遠のテーマであり、この問題は常に存在してきました。現在、多くのメーカーがノズル詰まりや斜め噴霧の問題解決に取り組んでいます。

蔡道勝会長は、Yizhi Technology は、精度に影響を与える上記の要因に対して、次のような包括的な処理方法を備えていると述べました。
●オンラインデータ処理：データ量が多く、メモリ使用量が少ないという問題を解決します。輪郭面とエンティティ内部で異なる解像度を使用でき、パーティションデータ処理、転送、印刷を実行してストレージスペースを削減できます。
●波形制御:安定したインクジェットを実現し、周囲の風速がインク滴の走行曲線に与える影響を軽減し、インク滴を適切なインクジェット速度に調整して、粉末床への影響を軽減します。
●貫入制御：上部と下部の部品の精度と粗さが同等。
●新しい粉体散布方法：さまざまな形状や直径の粉体に対応し、粉体散布の均一性と密度が向上します。
●ブロック耐性のある印刷:ノズルの詰まりに対して可能な限り耐性を持ちます。

部品の性能に影響を与える要因 蔡道勝氏は、部品の性能に影響を与える主な要因は4つあると述べた。

●粉末の焼結活性●ブランクの密度：一般的に、ブランクの密度が高いほど、収縮率が小さくなり、変形の可能性が低くなります。
●インク残り：できるだけ少ないのがベストですが、たとえ残っていても影響はありません。
●焼結炉の清浄度：材料によって必要な焼結炉は異なります。

対応するソリューションには次のようなものがあります。
●高密度粉末散布法：圧縮機構が必要●低残渣インク：高温分解後のインクの残渣が少なく、残渣の悪影響が小さい●粒子微細化添加剤：高温焼結中の粒子の成長を効果的に遅らせることができる●高清浄度焼結炉：炉体と加熱部品には揮発性物質がほとんどない

2. 主要技術の分析
1. 印刷データ処理ソフトウェア（RIP）

Cai Daosheng 氏は、印刷データ処理ソフトウェアが最も重要であり、印刷データ処理ソフトウェアがなければ、BJ 金属 3D 印刷は間違いなくうまく行われないと考えています。印刷データ処理ソフトウェアは、スライス輪郭データをプリンタが受け入れ可能なドットマトリックスデータに変換します。印刷データ処理ソフトウェアには、いくつかの機能が必要です。
●地域データ処理： 700mm×700mmのサイズを例にとると、解像度が1200×1200DPIの場合、モノクロドットマトリックスデータは1GB以上に達し、コンピュータの実行時には2GBに達します。このような膨大な量のデータは、コンピュータを圧倒します。ドメインデータ処理は、特に大きなサイズ、つまり印刷しながらのデータ処理を行う機能であり、「小さなメモリでビッグデータを処理する」ことを実現します。
●オンラインデータ処理：上記の「印刷中のデータ処理」にはオンライン機能が必要であり、オフラインでは実行できません。●フルマッピングデータ処理技術：従来のインクジェット印刷では、解像度を向上させるために補間が通常使用されますが、補間ではドットマトリックスの物理的な位置精度を保証することはできません。完全なデータ処理技術の高精度ドットマトリックスデータは、データエラーなしで、ノズルの実際の噴射の各物理位置にロスレスでマッピングされます。

2. 微細インク量調整技術

通常、インク滴のサイズと形状を制御する必要があります。しかし、インク滴を調節するだけでは十分ではなく、インクの量も制御する必要があります。 BJ メタル印刷はインクの量に非常に敏感です。各層のインクが多すぎたり少なすぎたりすると、印刷品質に影響します。 Yizhi Technologyは波形調整技術を使用してインクジェットヘッドのインク滴サイズを制御し、輪郭領域（精密記述）と充填領域（強度とインク量記述）を区別してスプレーポイントを調整し、洗練されたインク量調整を実現します。

3. 正確な輪郭復元技術：内部輪郭アルゴリズム

アウトラインには一定の「幅」があり、それがパーツのサイズに影響し、パーツが大きくなってしまいます。従来の輪郭リングオフセットアルゴリズムは、横方向のインク浸透とペン幅の偏差を補正しますが、オフセットアルゴリズムの固有の欠陥により輪郭の詳細が失われます。内側輪郭アルゴリズムは、下の図に示すように、輪郭ベクトルデータに基づいて輪郭の内側を「広げる」だけで、輪郭データには影響しません。

4. アダプティブブロッキングテクノロジー

いくつかのノズルの詰まりによって生じる印刷欠陥が 1 か所に集中するのではなく、部品内部に分散されれば、部品の性能はある程度のインクジェット欠陥を許容できるようになります。詰まり耐性印刷制御技術は、RIPアルゴリズムを通じて各ノズルが印刷するデータを毎回調整し、印刷中に現在の層と上下層のノズルをランダムに置き換えることを実現し、ノズルの詰まりによる局所的なインクジェット不良や破損の状況を効果的に回避します。

5. 全自動粉末供給・散布システム

●全自動粉末充填●粉末の高い適合性●高密度粉末拡散●高均一粉末拡散●自社開発の「粉末バルブ」を内蔵し、粉末の透過を自由に遮断可能粉末拡散機構全体が作業面全体に均一に粉末を拡散し、圧縮します。

6. 高密度形状保持粉末●高レンガ金属粉末：粉末の粒子サイズが小さくなり、焼結活性が非常に高くなります。同時に、かさ密度が増加して流動性が確保されます。
●形状保持性の高い金属粉末：球状粉末は形状保持性が低い。水ガスアトマイズ粉末とガスアトマイズ粉末を組み合わせて使用すると、粉末の形状を維持し、粉末の流動性を向上させて粉末の広がりを容易にすることができます。

7. 残留物が少なく環境に優しい水性インク どのような接着剤が適していますか？蔡道勝氏は、この問題に関して厳格な規制はないが、一定の基本的な要件はあると述べた。生産レベルの観点からは、接着剤は環境に優しく、高温焼結中に残留物がほとんど残らず、部品の性能に悪影響を与えないものである必要があります。接着剤の浸透性を一定の範囲内に制御する必要があります。また、粉末の種類によっては通常、異なる結合剤が使用されるとも述べた。

3. 複数の新技術を統合した新設備 最後に、蔡道勝会長は、まだ正式にリリースされていない易智科技の新世代BJ印刷設備M400Proを紹介しました。この製品はさまざまな技術を統合しており、主な特徴は自動化と気密性です。

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