维捷Voxeljet喷墨打印和HSS高速烧结技术在材料开发和批量生产上的应用

2022年10月28日，德国维捷Voxeljet AG联合南极熊开展了一场线上直播，介绍其喷墨3D打印材料开发和批量生产上应用。本场直播由维捷销售总监王泽利先生主讲。

德国voxeljet公司是喷墨砂型3D打印技术发明人，引领全球喷墨砂型3D打印技术。独有PMMA粉末喷墨粘结打印技术，可用于原型开发和精密铸造。维捷中国是voxljet的中国总部，在中国组装生产VX2000设备，供应全球市场，在中国销售全系列产品。并且为中国客户提供本地化砂型、蜡型、聚合物粉末打印服务。


目前维捷的3D打印技术支持四大材料体系，包括砂、塑料、陶瓷和HSS，本次直播主要介绍的是陶瓷和HSS两大体系。


传统的激光烧结打印机用一个单点激光融化粉末状塑料聚合物，成本高速度慢，英国谢菲尔德大学机械工程系的教授Neil Hopkinson采用红外线灯和喷墨打印头来代替激光，发明了HSS高速烧结技术。这是一项革命性的技术，研发高速烧结技术的目的，是希望能够通过这一项技术取代现有的技术，为3D打印能够具备规模化生产的能力。HSS高速烧结技术与SLS技术、MJF技术对比，具有众多的优势。


HSS技术工艺流程主要包含四个步骤，首先铺设一层高分子材料粉末，比如尼龙12或者TPU；然后用喷墨打印头在需要烧结的部分沉积能有效吸收红外线的特殊油墨；然后用红外线照射需要烧结的部分，从而令油墨吸收足够的能量，融化材料粉末，实现固化；重复以上步骤，直至整个物体打印完成。


因此HSS技术具有众多的优势：
● 打印速度快，在批量制造方面有明显的优势，甚至可与传统的注塑工艺媲美。
● 融化粉末的速度比激光加热慢，减少对材料的损坏，提高烧结质量。
● 材料选择范围更广。
● 可以使用100%的回收粉末。
● 可以使用水基、油机、醇基的粘结剂。



维捷开发了一款用于材料开的HSS设备VX200打印机，这款设计小巧、集成度高，适用的材料包括砂、蜡模、陶瓷、高分子聚合物等。具有刮板、辊轴两套铺粉系统。



目前维捷的HSS设备发起了一个材料联盟，科思创、赢创、巴斯夫等国际材料企业的材料都可以适配。


目前已经经过可行性认证的材料包括PA12、TPU、PP、PBT、EVA、PEBA、PA12GF、PA11、TPE，其中部分经过了VX200的打印认证，PA12则完成了批量生产的认证。


陶瓷材料的开发维捷与AGC公司合作，现阶段已经验证可打印的材料有SiC、SiO2、Al2O3、TiO2、ZrO2。

针对批量生产的需求，维捷开发了HSS高速烧结的批量生产解决方案，通过安装多台生产设备、集中式的供料和运送机器人等自动化设施，实现零件的批量生产。




随后，王泽利列举了多个批量生产的案例，比如生产下面这个无人机二冲程发动机，使用VX1000设备，每层可以摆放130个零件，一箱可以打印780件，总的打印时间为23小时，平均下来单个零件的加工时间为100秒。


打印PMMA材料的批量生产案例，生产的是航空发动机的叶片，其尺寸规格为320×280×100mm，制造难度在于局部厚度只有0.5mm。



批量生产PMMA进气歧管的案例，使用VX1000机型，每层摆放21件，每箱生产105件，打印时间为23小时，平均单个件的打印时间为14分钟。


在砂型铸造领域，目前维捷最大的砂型3D打印机可达4米长，一次可以打印12吨砂型，正在开发10米级的打印机，一次可打印60吨的超大铸件砂型。代表性的批量生产应用案例是宝马汽车公司。与传统制造业的整合使复杂金属零件的增材制造批量生产成为可能。生产线结合五套VX1300X系统，每年可以打印几十万个零件。通过3D打印技术自由设计使汽车发动机的冷却效率提高了20%。


此外，维捷还提供VX2000的系统方案，以满足更大规模的生产需求，采用一套供料、供液系统；可集成4台或6台打印机；一套后处理辅机系统节省成本。



最后，王泽利总结了本场直播的核心内容：


●维捷的VX200打印机特别适合材料开发；
●维捷的喷墨3D打印技术用于量产正逐步成为趋势；
●维捷可以根据用户需求，选择合适的3D打印和自动化技术，成为用户成功应用的关键。



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