三帝科技：BJ金属增材制造的产业化应用

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。来自北京三帝科技股份有限公司的产品技术副总赵浩博士以”BJ金属增材制造的产业化应用“为题展开了分享。三帝科技目前的产品技术有哪些？BJ金属设备工艺都有什么特点？目前BJ金属产业化的领域有哪些？让我们听一听赵浩博士是如何做出解答的。

在此次分享中，赵浩博士主要围绕四个方面进行分享，包括三帝科技的产品技术介绍、增材制造行业发展、BJ设备技术介绍以及BJ产业化应用探讨。

一、产品技术介绍

赵浩博士首先介绍了公司的基本情况，三帝科技28年专注于3D打印智能装备及复杂金属件快速制造服务，建有全国3D打印设备网络及分布式制造服务网络，为用户提供优质的产品及解决方案。三帝科技自主研发3DP喷墨砂型，BJ粘结剂喷射金属等”线扫描“增材制造技术及装备，向设备用户提供完善的增材制造解决方案，向终端用户提供复杂金属件快速制造服务，应用领域包括航空航天、汽车、船舶、泵阀、工程机械、检测仪器、科研教育行业等。

三帝科技的产品技术主要有：

●设备：包括激光3D打印系列设备（SLS/SLM）和粘结剂喷射系列设备(3DP/BJM)，其中BJ粘结剂喷射金属R型设备主要用于科研，L和P型主要用于生产。

●材料：材料方面主要分为非金属材料和金属材料。同时，公司自主研发了适用于不锈钢、硬质合金、铜合金等20多种材料的5大系列粘结剂，并可根据材料定制，能满足绝大多数行业的需求。

●制造服务：公司提供模具制造和成品交付。其中模具制造主要基于SLS工艺和3DP喷墨砂型工艺，成品交付主要采用3DP、BJM、SLS等快速成型技术，结合金属铸造、金属烧结、机加工等，覆盖高端制造业金属成品的快速市场需求。

目前公司在全国设有十余个分布式智造中心，能够为各省市的用户提供快速制造服务，形成了3DP+BJM+PBF的全尺寸、全链路、多材料的综合服务能力。总部和研发基地在北京，设备生产基地在安徽。在陕西和安徽布局了两个铸造中心，可以通过3D打印和铸造复合工艺直接交付成品件。

二、增材制造行业发展

当前3D打印处于高速发展的状态，其中中国的3D打印市场年均增长率超过25%，发展潜力巨大。国内政策扶持力度也进一步加大，已推出包括《国家增材制造产业发展推进计划》等数十个3D打印相关政策。3D打印是一个综合性的制造工艺，能够制造复杂件，降低其成本，在新产品的开发阶段，3D打印能够代替传统制造工艺，实现新产品的快速交付。相对于传统的规模化生产来讲，过去的激光3D打印1.0技术仍然存在效率低、成本高的问题，主要是在航空航天和医疗等高附加值领域取得应用，很难进行规模化的生产。但随着线扫描2.0技术的出现，使得3D打印成本大幅度降低，真正成为一种批量化生产的技术。

3D打印行业主要经历了四个发展阶段：
●1980~2009年：技术发明浪潮
●2009~2015年：商业化应用浪潮，3D打印行业标准逐步建立
●2016~2021年：中国产品链构建与本土化
●2022+：产品深度融合，走向规模化快速柔性制造应用

从各种3D打印技术和其成熟度上来看，3DP砂型快速铸造工艺较为成熟，BJ粘结剂喷射技术相对来说还没有足够的产业化，但已经处于产业化的前夕，整个技术流程已经走通，主要是细节处理的探索。

三、BJ设备技术介绍
设备介绍

三帝科技自主研发的BJ粘结剂喷射金属打印系列设备已有十余台设备装机使用，主要用于科研、MIM行业新产品开发和复杂精密零件的小批量生产。设备主要突破了1200DPI高分辨率打印、震动落料技术、致密化铺粉技术、在线监测技术、可更换成型缸技术等，达到国际主流设备技术水平。

目前，三帝科技自主研发的BJ设备分为研发型、生产型两个系列。研发型设备J120R尺寸较小，操作灵活便捷，适合高校、科研院所等开发新材料；研发型设备J380R具有380mm的成型尺寸，能够实现中小批量的生产，支持陶瓷、石膏、无机盐的材料打印。生产型系列设备J380P,成型尺寸略有增加，配备了V+精准落粉系统、双辊复合高致密铺粉系统等，打印效率也得到了提高，分辨率也达到了较高水平，成型材料包括模具钢、工具钢、陶瓷、镍基材料等。

材料介绍

对于BJ粘结剂喷射技术，每一种材料对粘结剂的成分都有差异化要求，赵浩博士表示，三帝科技具备粘结剂配方的自主设计能力，能够满足客户新材料、新应用对定制粘结剂的开发需求。目前，已成功开发了系列BJ专用粘结剂配方，适用于铁基合金、轻金属合金、有机玻璃、陶瓷等20余种基体材料。

四、产业化应用探讨

MIM行业是目前BJ粘结剂喷射技术的主要应用场景，因为二者的后端程序是一致的。BJ粘结剂喷射技术工艺可以替代模具进行生坯阶段的制造，这样有利于新产品的快速开发。可以通过BJ粘结剂喷射技术工艺将流程走通，再进行模具开发，从而提高开模成功率，降低风险。采用BJ粘结剂喷射技术可以实现新材料和新应用的快速开发，可以便捷、柔性地更换材料和设计。BJ完全可以进行中小批量复杂内腔结构的无模制造和快速柔性制造。传统的MIM行业在制造大尺寸结构件方面较为困难，而BJ技术能够很好的解决这个问题。另外，梯度材料零件制造为MIM多材料集成提供了更多的可能性。

BJ粘结剂喷射技术的另一个应用场景是终端产品，例如内冷刀具、钻头及复杂刀体产品，结合了粉末冶金技术，可提升刀具的力学性能，还可实现复杂内腔结构。

此外，从金属3D打印个性化、定制化、柔性化快速制造的广泛应用需求来看，比如三帝科技目前在做的3D打印钛合金耳内式助听器，可以根据人的不同耳道结构进行定制化生产，舒适度更高。传统的制造业有两大核心需求，一方面要高效率、低成本；另一方面要快速响应市场需求。过去的解决方案无法兼顾，而BJ工艺可以同时满足上述需求。同时，由于目前全球供应链的影响，人们对于按需制造、”零库存“的需求日益增长，BJ工艺可以在此方面发挥优势。

技术优势、问题和挑战

●作为终端用户，如何考虑是否选择BJM技术？
赵浩博士给出了一些参考意见，用户需要计算产能。计算每公斤的成本，一般来说会略高于MIM，远低于SLM，所以中小批量的生产完全可以考虑BJ工艺。另一个很重要的考量因素就是中小批量，可以判断是否有必要生产模具。最后一点就是BJ的兼容性很高，属于”即插即用“型设备。

●目前BJ技术主要存在三个方面的问题和挑战：
1.操作流程自动化：清粉、取件环节仍需要大量人工。
2.烧结精度控制：易发生变形，复杂件需要额外的仿真预测工作。
3.空间均匀性：对于尺寸要求极高的零件，随着重力、气流的影响将导致材料几何性能、物理性能一致性降低，对于薄壁零件和大尺度的零件来说，是一个极大的挑战。

总结与展望
3D打印行业是一个快速发展的行业，新一代线扫描技术为3D打印的发展提供了新的动能。三帝科技依托全国服务网络和BJM自主核心技术，竭诚为客户提供优质产品和服务。BJM未来三大应用场景为MIM行业、重点应用行业以及快速制造行业。目前技术仍然处于首批应用开发阶段，三帝科技愿与行业同仁开放合作，共谋发展！

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