DEW: 大量金属バインダー 3D プリントの現状

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。 Deyiwei 3D Printing Technology (Taicang) Co., Ltd. の営業部長である Liang Wei 氏は、「大量金属バインダー 3D 印刷の現在の開発状況」というテーマについて自身の見解を共有しました。 BJ材料開発の現状はどうなっていますか？産業用途ではどうでしょうか?梁偉の答えを聞きましょう。

梁偉氏は講義で主に、3DP印刷の紹介、材料開発の現状と特徴、3DPが直面する課題、量産と応用の紹介、Deyiwei社の紹介の5つの側面に焦点を当てました。

1. 3DP印刷の概要

Liang Wei 氏は、3DP のコアプロセス特性は主に 5 つの部分に分かれていると指摘しました。
●プリントヘッド：現在、市場に出回っているプリントヘッドは主に圧電型と発泡型です。プリントヘッドは、インク滴のサイズを正確に制御し、高解像度を持ち、インクと互換性がある必要があります。
●粉末: BJ 技術には、粉末の形状、粒度分布、流動性、供給密度、タップ密度など、粉末に対する特定の要件があります。
●バインダー：芯の部分。接着剤は、プリントヘッドと互換性があり、粘度が低く、接着後の強度が高く、環境に優しく無公害で、乾燥が速い必要があります。
●設備：安定した粉末敷設システム、印刷インクジェットシステム、制御システム、インテリジェントソフトウェアなどを備えており、それらの相互調整と制御も重要です。
●プロセスパラメータ： Liang Wei 氏は、Deyiwei が現在、印刷プロセスの粉末とバインダーのマッチングに優れた仕事をしており、徹底的な研究を行っていることを指摘しました。
これら 5 つの部分は相互に依存しており、互いに影響し合い、相互作用します。

3DP VS レーザー SLM

3DPの利点:
●現在、 3DPの印刷効率は非常に高く、Deyiweiは現在、1時間あたり3,600立方センチメートルの印刷効率を達成できます。 ●サポートなし：複雑な製品の90％はサポートを必要としませんが、変形を減らすために焼結プロセス中にいくらかのサポートが必要になる場合があります。 ●スタック可能な印刷：3DPはスペース利用率が非常に高く、小型部品の場合、一度に数千個を印刷できます。これはバインダージェッティングの絶対的な利点です。 ●多種多様な材料：金属、非金属、セラミック材料。 ●低い材料コスト：粉末の粒径範囲、成形度、酸素含有量などの要件はそれほど厳しくありません。アトマイズ粉末、水アトマイズ粉末、お客様自身で粉砕した粉末はすべて使用できます。 ●優れた表面品質：サンドブラストなしの粗さRaは1.6〜3.2で、後処理後は1.6以内にすることができます。

3DP の問題点:
●大きすぎるサイズの製品を印刷することはお勧めしません。現在の最大サイズは一般的に300*300*300程度であり、小さい印刷サイズは大量生産に適しています。●密度が低い：97％〜99％
●焼結が必要：焼結収縮を制御可能

2. 材料開発の現状と特徴
材料の利点：BJ技術は冷間成形であり、MIM技術と重複しているため、MIMの既存の材料システムを使用でき、サプライチェーンの大きな利点があります。中国の材料サプライチェーンは非常に完備しています。材料の選択肢が広くなると機会も増えますが、レーザー製造用の材料は限られています。

接着剤製品の形態は4つのタイプに分けられます。

●接着：フェノール樹脂など収縮率0％
● 不完全焼結: 一部の業界では密度要件がそれほど高くなく、収縮率が 1% ～ 15% に達する場合があり、多孔質で緩い構造が求められます。
● 溶融浸透：Deyiwei独自のプロセス技術● 完全焼結

現在、Deyiweiは市場で一般的に使用されている金属材料、特定のセラミック材料、複合材料（銅浸透材料など）を含むさまざまな材料を検証しています。使用されるバインダーには主に5つの種類があり、適用範囲も異なります。さまざまな粉末に応じて最適なバインダーを選択できます。
●NFuse: 焼結後の密度を向上させるために懸濁したナノ粒子●CFuse: 炭素を添加していないため、炭素に敏感な金属材料に適しています●AFuse: ほとんどの金属材料に適した水性バインダー●FFuse: さまざまな金属材料および非金属材料に適しています●PFuse: 耐高温材料および非金属材料

接着剤の特性は、主に次の 5 つの側面に分けられます。
●化学的要件: 印刷モジュールとの適合性、粉末、濡れ性、制御可能なバインダー分散、浸透性、粉末との非反応性●バインダーレオロジー: 粘度、表面張力、バインダー性能、作業時間、液滴形成時間、安定性、低発泡性または無発泡性●フィルム形成特性:フィルム形成特性、マトリックスフィルム形成特性●インク特性: 洗浄性、接着性、高温機能性●安全性: 安全な使用と輸送、汚染なし
印刷する際は、粘度、彩度、ブルーミング、脱脂に注意してください。

BJプロセスはCu材料の製造において優位性があり、現在、製品の性能と寸法は比較的安定したレベルに維持されており、コイルやその他の用途に使用できます。焼結後の超硬合金の密度は 13.1 であり、焼結後は 14 に達することもあります。バインダーはセラミック材料を拡大し、SiCミラーなども印刷できるようになりました。

3. 3DPの課題

印刷工程:
●バインダーは材料と反応せず、焼結後に残留物はありません。●材料は均一に広がり、圧縮されます。ローラープレスプロセスにより、粉末は一定の密度を持ちます。粉末ベッド全体の一貫性を保証する必要があります。●バインダー注入によって発生した粉塵がプリントヘッドをブロックします。●印刷速度を落とさずに各層を乾燥させます。

クリーンパウダー：
●硬化完了後の部品の迅速な洗浄方法●グリーンボディの強度●合格したグリーンボディ部品の効率的な洗浄方法●内部流路内の部品の洗浄方法

焼結:
●部品の変形 ●部品の収縮 ●接着剤の反応 ●部品密度のばらつき

上記の問題に対応するため、Deyiwei は積極的に解決策を模索してきました。現在も継続的に模索を続けており、一定の成果を達成しています。
●シングルチャネルジェット印刷：粉末化、バインダー噴射、乾燥が 1 つのステップで行われ、最大速度は 12000cc/h です。
●水平波状粉末拡散：一貫した粉末層密度を確保し、製品の品質を保証します。
●高解像度：1200*1200dpiで十分●圧電プリントヘッド：より小さな孔径のバインダーをスプレー可能● MIMパウダー：より多くの材料を選択可能●高密度スタッキング印刷：印刷チャンバーの利用率が高く、印刷効率が高い●リバウンドシミュレーション技術●焼結シミュレーションソフトウェアのサポート：変形の予測

典型的な焼結の問題:

焼結プロセス中に、部品が変形したり、収縮したり、応力が集中したりすることがあります。梁偉氏は、こうした状況は小型部品ではそれほど顕著ではないかもしれないが、大型で薄肉の部品ではより顕著になると述べた。現在、Deyiwei は主に焼結シミュレーションソフトウェアを使用して上記の問題を解決しており、部品の焼結問題の 70% を解決できます。

4. 大量生産への応用

シングルパス注入により効率が向上:

Deyiwei は、効率、コスト、性能、形状の複雑さなど、さまざまなバッチのニーズを満たすために、さまざまなシリーズのプリンターを提供し、さまざまな生産能力とサイズのプリンターを発売しました。最小サイズは 160*65*65 に達し、現在の最大サイズは 800*500*400 です。さまざまなアプリケーションシナリオを満たすために、サイズは完全にカバーされています。

産業用途に関しては、BJ は複雑な設計、内部フローチャネル、航空宇宙部品、ジュエリーなどを作成できます。業界全体のカバレッジは依然として非常に広範囲です。

5. EVE 3D Printing Technology (Taicang) Co., Ltd.について 現在、徳益偉3D印刷技術（太倉）有限公司は、バインダージェッティング3D印刷の新材料、新プロセスの開発と生産・加工サービスを中心に研究開発を行っており、3D印刷装置の大量生産に向けた総合的なソリューションを提供しています。主な事業内容は、バインダージェット印刷用構造・機能材料開発、バインダー3D印刷加工サービス、バインダー3D印刷コンサルティングサービスの3つに分かれています。 Deyiwei は、金属バインダー 3D プリントの専門家になることに尽力しています。主な事業分野は航空宇宙、消費財分野であり、現在は量産型のインテリジェント生産ラインの構築を積極的に進めています。

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