Công nghệ in 3D Binder Jetting
Vật liệu sử dụng
Công nghệ in 3D Binder Jetting sử dụng hai vật liệu; một vật liệu dựa trên bột và một chất kết dính. Chất kết dính đóng vai trò là chất kết dính giữa các lớp bột. Chất kết dính thường ở dạng lỏng và vật liệu xây dựng ở dạng bột. Binder Jetting được sử dụng trong các ứng dụng khác nhau, bao gồm chế tạo các nguyên mẫu đủ màu (như tượng nhỏ), sản xuất lõi và khuôn đúc cát lớn và sản xuất các bộ phận kim loại in 3D chi phí thấp.
Chiều cao lớp điển hình phụ thuộc vào vật liệu: đối với các mô hình đủ màu, chiều cao lớp điển hình là 100 micron, đối với các bộ phận kim loại là 50 micron và đối với vật liệu khuôn đúc cát là 200-400 micron.
Binder Jetting nhiều màu
Binder Jetting có thể tạo ra các bộ phận in 3D đầy đủ màu sắc theo cách tương tự như Material Jetting. Và thường được sử dụng để in 3D các bức tượng nhỏ và bản đồ địa hình, vì giá thành rẻ.
Các mô hình đủ màu được in bằng bột sa thạch hoặc bột PMMA. Đầu in chính đầu tiên phun chất kết dính, trong khi đầu in phụ phun mực màu. Các loại mực với nhiều màu khác nhau có thể được kết hợp để tạo ra một mảng màu rất lớn, theo cách tương tự như máy in phun 2D.
Sau khi in, các bộ phận sau đó được phủ bằng cyanoacrylate (siêu keo) hoặc một chất xâm nhập khác để cải thiện độ bền của bộ phận và tăng cường độ sống động của màu sắc. Sau đó, một lớp epoxy thứ cấp cũng có thể được thêm vào để cải thiện hơn nữa độ bền và màu sắc.
Lõi và khuôn đúc cát
Việc sản xuất các mẫu đúc trên cát lớn là một trong những cách sử dụng phổ biến nhất của Binder Jetting. Chi phí thấp và tốc độ của quy trình làm cho công nghệ in 3D này trở thành một giải pháp tuyệt vời cho các thiết kế hoa văn phức tạp mà rất khó hoặc không thể sản xuất bằng kỹ thuật truyền thống.
Các lõi và khuôn thường được in bằng cát hoặc silica. Sau khi in, khuôn mẫu thường ngay lập tức sẵn sàng để đúc. Thành phần kim loại đúc thường được lấy ra khỏi chúng sau khi đúc bằng cách phá vỡ khuôn. Mặc dù những khuôn này chỉ được sử dụng một lần nhưng tiết kiệm thời gian và chi phí so với sản xuất truyền thống.
Phun chất kết dính kim loại
Metal Binder Jetting tiết kiệm hơn tới 10 lần so với các quy trình in 3D kim loại khác (DMSL / SLM). Hơn nữa, kích thước xây dựng của Binder Jetting lớn đáng kể và các bộ phận được sản xuất không yêu cầu cấu trúc hỗ trợ trong quá trình in, cho phép tạo ra các hình học phức tạp. Điều này làm cho Metal Binder Jetting trở thành một công nghệ rất hấp dẫn để sản xuất kim loại từ mức thấp đến trung bình.
Sự khác nhau giữa in phun kết dính (Binder Jetting) và kỹ thuật chế tạo bằng chất phụ gia
Thực tế có rất nhiều kỹ thuật in 3D khác nhau được sử dụng. Phần lớn sẽ áp dụng quy trình nung chảy hoặc sử dụng nhiệt để gắn kết các bộ phận sản phẩm lại với nhau.
Đối với in phun kết dính, đây là công nghệ in 3D không sử dụng nhiệt trong suốt quá trình in. Điều này làm cho Binder Jetting trở nên khác biệt so với các kỹ thuật chế tạo bằng chất phụ gia khi mà các kỹ thuật này cần đến sự trợ giúp của nhiệt độ để tạo những ứng suất dư trên sản phẩm. Đồng thời, công nghệ Binder Jetting cũng không yêu cầu sử dụng phiến đỡ vì các chi tiết in đều được hỗ trợ thông qua một lớp bột tách lỏng nằm trong hộp thao tác.
Một ưu điểm chính của Binder Jetting so với các quy trình in 3D khác là liên kết xảy ra ở nhiệt độ phòng. Điều này có nghĩa là các biến dạng về chiều liên quan đến hiệu ứng nhiệt (chẳng hạn như cong vênh trong FDM, SLS, DMSL / SLM hoặc cong trong SLA / DLP) không phải là vấn đề trong Binder Jetting.
Hơn nữa, Binder Jetting không yêu cầu cấu trúc hỗ trợ: bột bao quanh cung cấp cho bộ phận tất cả các hỗ trợ cần thiết (tương tự như SLS). Đây là điểm khác biệt chính giữa Phun chất kết dính kim loại và các quy trình in 3D kim loại khác, quy trình này thường yêu cầu sử dụng rộng rãi các cấu trúc hỗ trợ và cho phép tạo ra các cấu trúc kim loại dạng tự do với rất ít hạn chế hình học.
Quy trình công nghệ
Trong công nghệ in 3D Binder Jetting, hầu hết tất cả các thông số quy trình đều được nhà sản xuất máy cài đặt sẵn. Dưới đây là cách hoạt động của quá trình Binder Jetting:
Bước 1:
Đầu tiên, một lưỡi sơn phủ rải một lớp bột mỏng lên nền đỡ.
Bước 2
Sau đó, một toa với các đầu phun mực (tương tự như các đầu phun được sử dụng trong máy in 2D để bàn) đi qua bàn in, lắng đọng có chọn lọc các giọt chất kết dính (keo) liên kết các hạt bột với nhau. Trong Binder Jetting màu, mực màu cũng được lắng đọng trong bước này. Kích thước của mỗi giọt có đường kính khoảng 80 μm, do đó có thể đạt được độ phân giải tốt.
Bước 3
Khi lớp hoàn tất, nền đỡ sẽ được di chuyển xuống dưới và lưỡi sơn phủ lại bề mặt. Quá trình sau đó lặp lại cho đến khi toàn bộ các bộ phận được hoàn tất.
Bước 4
Sau khi in, phần này được bao bọc trong bột và được giữ lại để làm cứng và tăng cường độ bền. Sau đó, bộ phận này được lấy ra khỏi thùng bột và bột thừa sẽ được làm sạch thông qua không khí dưới áp suất phù hợp.
Tùy thuộc vào chất liệu, một bước xử lý sau thường được yêu cầu. Ví dụ, các bộ phận Phun chất kết dính bằng kim loại cần được thiêu kết (hoặc xử lý bằng nhiệt) hoặc ngâm với kim loại có nhiệt độ nóng chảy thấp (thường là đồng). Các nguyên mẫu với nhiều màu sắc cũng được tẩm acrylic để cải thiện độ sống động của màu sắc.
Công nghệ in 3D FDM
Lịch sử ra đời
Công nghệ in 3D Fused Deposition Modeling hay còn được biết đến với các tên viết tắt là FDM được tạo ra vào năm 1988 bởi Scott và Lisa Crump, những người sáng lập của Stratasys. Crump đã tạo ra công nghệ này để chế tạo cho con gái mình một con ếch đồ chơi bằng cách sử dụng súng bắn keo và hỗn hợp polyetylen và sáp nến. Năm 1989, Crump được cấp bằng sáng chế công nghệ FDM và thành lập Stratasys. Stratasys đã tạo ra quy trình phần mềm chuyển đổi các tệp in nổi (STL) sang một định dạng khác để cắt các phần của mô hình 3D và xác định cách các lớp sẽ được in theo trình tự hoàn hảo nhất có thể.
Cấu tạo
FDM là phương pháp in 3D cơ bản nhất. FDM bao gồm 3 bộ phận chính: một tấm in mà các sản phẩm được in trên đó; một cuộn dây dùng làm vật liệu in và một đầu đùn, được gọi là máy đùn. Cuộn dây sẽ được làm nóng bởi máy đùn của máy in để vật liệu tan chảy và lắng đọng từng lớp một trên tấm in.
Quá trình mô hình hóa 3D liên quan đến việc thiết kế sản phẩm bằng phần mềm CAD 3D (chẳng hạn như SolidWorks, TinkerCAD hoặc SelfCAD). Sau khi được thiết kế, mô hình 3D (có thể là tệp .STL) được chia thành nhiều lớp thông qua một ‘máy cắt’ (chẳng hạn như Cura hoặc Repetier) trước khi các thông số in được chọn.
Máy in 3D sẽ bắt đầu in khi máy đạt đến nhiệt độ cần thiết, thường là khoảng 200° C (392 ° F). Nhiệt độ này là cần thiết để làm nóng chảy vật liệu. Vật liệu in 3D phổ biến được sử dụng là PLA (axit polyactic) và ABS (Acrylonitrile butadiene styrene).
Phân tích ưu và nhược điểm
Ưu điểm của in 3D FDM là gì?
Dễ dàng xử lý
Ngành công nghiệp in 3D không ngừng phát triển. Công nghệ in 3D FDM đơn giản hóa quy trình sản xuất và cho phép các nhà sản xuất kiểm tra, thay đổi và cuối cùng là sản xuất ra sản phẩm cuối cùng trong khung thời gian nhanh hơn các phương pháp truyền thống. Dễ dàng xử lý là một trong những lợi ích tuyệt vời của in 3D FDM, hãy đảm bảo bạn có máy in 3D FDM tốt nhất cho các mục tiêu của công ty.
Chi phí hiệu quả
Đối với bất kỳ doanh nghiệp nào, chi phí là tất cả vì điều này ảnh hưởng đến lợi nhuận và giữ cho chi phí thấp là rất quan trọng. Do đó, in 3D FDM, cung cấp một giải pháp khả thi được thiết kế để giúp giảm chi phí sản xuất.
Tất nhiên là hỗ trợ giảm chi phí phát triển nguyên mẫu, chi phí thử nghiệm và chi phí sản xuất cuối cùng. Qua so sánh với các loại kỹ thuật in 3D khác thì in 3D FDM cũng rẻ hơn so với các phương pháp khác. Vật liệu được sử dụng rẻ hơn so với vật liệu được sử dụng trong SLS và SLA 3D.
Linh hoạt trong lựa chọn vật liệu
Thông thường, nhiều doanh nghiệp bị chi phối bởi các vật liệu mà họ sử dụng trong quá trình sản xuất. Tuy nhiên, khi nói đến in 3D FDM, có rất nhiều loại vật liệu có sẵn và tất cả đều dễ tiếp cận và tiết kiệm. Bạn cũng có thể lựa chọn vật liệu được sử dụng cùng một lúc, giúp tạo ra các vật thể phức tạp trong khi cũng có thể in bằng nhiều màu sắc mang lại tính linh hoạt và thẩm mỹ cao.
Xử lý hậu kỳ ít hơn
Thời gian là tiền bạc và công nghệ in 3D FDM là một lựa chọn tối ưu hóa thời gian sản xuất và tiết kiệm tiền. Vì yêu cầu xử lý hậu kỳ ít hơn, có nghĩa là không cần phải suy nghĩ về cách bạn sử dụng chất lỏng đắt tiền.
Khả năng tiếp cận là rất quan trọng đối với các doanh nghiệp nếu bạn muốn tận dụng tính năng in 3D FDM. Cho dù doanh nghiệp đang tìm kiếm giải pháp in 3D lần đầu tiên hay chỉ đơn giản là đang tìm kiếm một tùy chọn in khả thi có sẵn, thì in 3D FDM là một lựa chọn tuyệt vời. Kỹ thuật này hiệu quả, dễ hiểu và máy in 3D FDM tốt nhất mang lại kết quả sẵn có mà rất ít phiền phức.
Nhược điểm của in 3D FDM là gì?
- Chất lượng in của bản in 3D FDM không tốt bằng SLA hoặc SLS.
- In 3D với công nghệ FDM thường diễn ra khá chậm. Điều này làm cho công nghệ này không thể sử dụng được trong một số ngành công nghiệp khi cần một số lượng lớn các bộ phận nhanh chóng.
- Việc in từng lớp trong FDM đôi khi có thể dẫn đến các vấn đề cong vênh và ảnh hưởng đến thẩm mỹ của sản phẩm
Nguyên lý làm việc
Tương tự như các hình thức in 3D khác, FDM sử dụng thiết kế kỹ thuật số được tải lên máy in 3D. Có rất nhiều hạt nhựa khác nhau được sử dụng, chẳng hạn như ABS, PETG, PEI và PEEK. Các hạt nhựa được nấu chảy và đưa vào bệ đỡ với đế và vòi phun, cả hai đều được điều khiển bằng máy tính. Máy tính hoạt động bằng cách dịch và phân tích các đối tượng cũng như kích thước đi kèm thành các tọa độ giúp vòi phun và đế có thể tuân theo.
Khi vòi phun di chuyển qua đế, nhựa nguội đi và trở nên rắn chắc, tạo thành một liên kết cứng với lớp trước đó. Tại thời điểm này, đầu in đi lên để cho lớp nhựa tiếp theo được đặt xuống.
Thực tế in 3D là cực kỳ hiệu quả và nhanh chóng nhưng thời gian để tạo ra một sản phẩm sẽ phụ thuộc rất nhiều vào kích thước tổng thể. Các sản phẩm nhỏ hơn khoảng vài inch có thể được tạo ra nhanh chóng nhưng sản phẩm lớn hơn, phức tạp hơn sẽ mất nhiều thời gian hơn.
Vật liệu sử dụng
Nhiều loại nhựa sản xuất khác nhau (ví dụ: ABS, PLA, Nilon) được sử dụng với công nghệ in 3D FDM cũng như các vật liệu không phải nhựa như thủy tinh, bạc, titan, thép và sáp.
Stratasys, công ty đi đầu trong công nghệ polyme nhiệt dẻo FDM, cung cấp hỗ trợ cho các loại nhựa sau trong máy in 3D của họ: ABSplus, ABSi, ABS-M30, ABS-M30i, ABS-ESD7, ASA, FDM Nylon 12, PC, PC-ABS, PC -ISO, PPSF / PPSU, ULTEM 9085 và ULTEM 1010. Đây là những loại nhựa bền, ổn định được sử dụng trong các quy trình sản xuất khuôn phun quy mô lớn.
Ứng dụng
Việc sử dụng in 3D được công bố rộng rãi nhưng FDM 3D Printing được sử dụng để làm gì? Nhiều ngành công nghiệp khác nhau chọn sử dụng công nghệ in 3D FDM. Các ngành công nghiệp bao gồm ô tô và một loạt các nhà sản xuất hàng tiêu dùng. Họ sử dụng FDM vì chúng giúp hỗ trợ phát triển sản phẩm, tạo mẫu và quy trình sản xuất của họ.
Ứng dụng để tạo mẫu nhanh
Tạo mẫu bằng công nghệ FDM thường được sử dụng để xác định xem khái niệm kỹ thuật có bất kỳ sai sót nào cần thiết kế lại hay không. Nhiều nguyên mẫu có thể được tạo ra dựa trên các cải tiến thiết kế lặp đi lặp lại trong khoảng thời gian tương đối nhanh và với chi phí sản xuất tương đối thấp bằng máy in 3D.
Quá trình lặp đi lặp lại thiết kế một phần trong Solidworks CAD, in nguyên mẫu của thiết kế trong máy FDM, kiểm tra chức năng của nguyên mẫu trong thế giới thực, khắc phục các thiếu sót thiết kế trong phần mềm và sau đó in lại liên tiếp nguyên mẫu được gọi là “ tạo mẫu nhanh. ”
Ứng dụng cho sản xuất
FDM có thể hữu ích cho sản xuất quy mô nhỏ, nơi ép phun có thể đắt hơn hoặc hoàn toàn không thể tiếp cận được do quy mô nhỏ của chủ đầu tư. Nhiều tiến bộ trong máy in 3D kể từ khi ra đời đã làm cho việc sản xuất rẻ hơn và do đó dễ tiếp cận hơn.
Với mục tiêu cải tiến nhằm giảm giá thay vì nâng cao công nghệ, có vẻ như các nhà sản xuất công nghệ FDM đang tìm cách nhắm mục tiêu thị trường cho các ứng dụng sản xuất phi tập trung và có thể quy mô nhỏ hơn.
Các tầng FDM khác nhau bao gồm các máy tập trung vào các nhà thiết kế quy mô nhỏ (ví dụ: máy in dòng Mojo và uPrint) cũng như các máy được sử dụng bởi các công ty chuyên thiết kế cơ chế lớn hơn như Creative Mechanisms (ví dụ: máy in dòng Fortus).
