赫格纳斯(Hoganas)：面向批量化生产的增材制造技术-粘接喷射金属打印

导读：2022年12月20日开展的“增材制造Binder Jetting粘结剂喷射成形技术论坛”云集了惠普、易制、三帝科技、维捷、Desktop Metal、Digital Metal等众多厂商。在此次增材制造Binder Jetting粘结剂喷射成形技术论坛上，国内外知名的几个相关厂商做了非常有深度的分享交流。来自DigitalMetal-赫格纳斯 (中国)有限公司的业务发展经理赵小根以”面向批量化生产的增材制造技术-粘接喷射金属打印“为题展开了分享。粘接喷射金属打印的批量化生产需要考虑什么问题？赫格纳斯都有哪些技术方案？让我们听一听赵小根是如何做出解答的。



在此次分享交流会上，赵小根主要围绕四点进行分享，包括赫格纳斯(Hoganas)的介绍、粘接喷射打印技术介绍、关于实现批量化生产的几点思考，以及赫格纳斯的解决方案。

一、赫格纳斯的介绍

赫格纳斯是一家专门做金属粉末的公司，是冶金行业的领导者，总部在瑞典南部的一个小镇中，在全球十一个国家拥有18个生产基地，提供3500多种产品，面向粉末冶金、表面喷涂、增材制造等行业，目前公司主要分为三大业务板块，分别为，粉末冶金及磁性材料技术、表面及连接技术和定制技术。其中，定制技术业务又分为两个板块，Digital metal设备和打印服务板块，和粉末板块。

二、粘接喷射打印技术



技术分类
目前3D打印的技术多种多样，金属3D打印中较为流行的是粉末床融化等，3DP工艺在近些年发展的也十分迅速。它的主要原理是通过粘接剂层层粘接粉末，与SLM相比，相当于将激光改为粘接剂从而构建三维模型。
BJ工艺过程



整个工艺过程可以分为五步，首先利用建模三维模型生成STL格式文件，打印机接收到文件信息，进行打印，打印后进行固化清理个粉末的回收利用，然后进入烧结阶段，最终产品完成。整体而言，粘接喷射技术是一种高精度，零浪费且非常高效的3D打印技术，适合小零件大批量生产。
技术特点
●打印过程是没有支撑的，节省材料的同时不需要去除支撑，极大的提高了表面质量（相比于SLM）
●室温打印
●打印的材料也比较丰富
●打印完成且经后处理后，零件的表面粗糙度在2um左右

目前Digital metal主推DM P2500打印机和DMP Pro打印机，P2500的打印体积为255*217*70mm,打印速度在50-500cc/h。

综上所述，BJ打印既具有AM本身的优势，也具有自身的优势：
AM的优点：
●短时验证新几何结构
●可以生产传统加工中难以制造的复杂结构
●可多次迭代打印，同时节省时间
●可定制化单一零件，无额外成本
●制造周期短，交期短

使用Digital Metal技术的优势：
●更高的分辨率和粗糙度
●尺寸精度更高
●可以重复高效生产
●无支撑、缩短后处理过程，无废料
●室温打印，不要保护气体
●打印材料可以重复利用

三、关于实现批量化生产的几点思考



赵小根表示目前粘接剂3D打印还在产业化的前期，主要难点主要集中在几个方面：
●粘接强度
●烧结工艺
●收缩率与尺寸精度
●性能稳定性
●生产效率
●目标市场与目标零件

什么样的粘接剂比较适合？



在进行粘结剂打印前需要着重思考几个问题，比如粘结剂是水性的还是油性的？是否需要环保性？干燥性能如何？流动性是否足够？挥发性、润湿性、化学性能、价格如何？

什么样的烧结工艺比较适合？



烧结工艺十分关键，直接关系到零件的最终性能，研发人员需要考虑以下几个方面;
●烧结温度和速度的设定
●脱脂和烧结是否在同一块进行
●保护气氛使用哪种，保护气氛对材料是否有额外的影响

收缩率怎么控制？



多数情况下是软件补偿，反向设计，达到想要的零件尺寸。软件补偿需要庞大的数据积累，结构不同、材料不同、烧结不同，零件的收缩率都是不同的。研究人员需要建立相关的数据库，拥有大量的经验积累。

批次间的稳定性怎么样？生产效率怎么样？

批次间的稳定是保证批量生产的重要一环。目前Digital Metal在误差相同批次间的标准误差可以小于0.2%，不同批次间的标准误差为0.4~0.5%。

目标市场在哪里？



赫格纳斯在多年间一直试图去找适合粘接剂喷射技术的一个合适的市场，找到合适的案例带动粘接剂喷射工艺。另外一个方面，工程师也在进行工艺可行性的分析，但不管怎么样，都需要找到技术源头，赫格纳斯主要聚焦于小零件大批量生产，更好的控制收缩。

如何实现批量化生产？



想要实现批量化，就必须实现自动化，机器人全程操作。赫格纳斯更倾向于使用高度自动化，赵小根表示一定的高度自动化，是可以提高各个打印步骤间的准确度，在一定程度上可以助力批量化生产。

四、赫格纳斯的解决方案



赵小根在这一部分主要分享了赫格纳斯的合金开发和粉末生产与检测控制。3D打印本身还有很多需要攻克的难点，比如高质量的粉末制造，成型精度的控制，CAD系统，后处理过程，粉末处理过程，打印参数的设定等。赫格纳斯站在粉末使用角度，从十二个方面为用户提供解决方案，努力给客户传递价值：



●对用户应用需求的了解
●根据需求，选择合适的工艺进行生产
●调整粉末的性能
●结合公司内部的质量管控
●给顾客提供适合的高性能的粉末
●进行全球化的供应
●和客户共同开发应用
●多年数据积累，比如烧结数据、收缩数据
●打印实验
●粉末运输和储存方案
●零件后处理探索
●粉末回收有助于绿色新能源

由于时间原因，赵小根重点介绍了其中的几个方面：
材料开发



不同的工艺对于材料的需求是不同的，所以赫格纳斯会先了解客户的需要在此基础上，研发专用的材料。会在实验室进行一些仿真计算，合金测算等，然后确定一定的方案，进行进一步的优化，包括合金优化、粉末性能优化。然后进行物理性能检测，比如相变和熔点的检测，最后进入打印机进行过打印机参数优化，测试机械性能。这其实是一个不断循环，螺旋上升的过程。

Fin Powder Atomization(FPA)生产线



在粉末生产环节，赫格纳斯于2021年投产了全新的FPA生产线，专门为BJ工艺提供性能优异的粉末方案。具有稳定性好、性价比高的优势。

粉末系列



赫格纳斯可以提供多种材料，Ni基、Co基、Fe基等系列，其中Fe基系列较为成熟，Ni基、Co基等还在探索阶段。赫格纳斯在上海设有烧结实验室，可以为用户提供支持，实现更好的性能和产能。

烧结实验室



赵小根呼吁大家不仅需要关注打印机的制造，材料性能的选择，也要关注烧结部分。零件结构的性能能否满足要求与烧结过程有直接影响，但目前的研究还较少。

粉末运输和储存方案



批量生产对粉末的要求是很高的，赫格纳斯针对粉末市场设计粉末运输和储存方案，配合GPS、VMI系统等系统进行使用，用户可以轻松了解粉末的生产情况，实施监控等。赫格纳斯可以为用户提供高品质粉末服务。

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