金属注射成型vs粘合剂喷射金属3D打印
技术指南 2021年6月3日

金属注射成型vs粘合剂喷射金属3D打印

无论是制作原型还是批量生产, 设计师有一系列的制造选择. 然而,两种选择有一些共同之处,使选择复杂化. 

两种选择是金属注射成型(假正经的)和粘合剂喷射增材制造(BJAM). 这些技术特别适合制造小型、复杂的几何形状. 两者都可以单独使用, 但是你也可以把它们一起使用, 利用两者的优点, 制作一个部分. 这并不总是非此即彼的选择.  正如一些用户正在学习的那样, 粘结剂喷射可与假正经的一起使用, 特别是当涉及到测试多个设计迭代或在假正经的大规模生产之前解决小批量需求时.

首先,对每一种技术进行大致的介绍.

假正经的

金属注射成型技术发展了40多年,并在1990年代经历了主要的发展. 如今,假正经的已经是一种成熟的技术,有多种材料可供选择,预计全球销量为2美元.60亿年. 它被广泛可靠地用于生产大批量的小部件.  使用假正经的的行业包括火器, 医疗, 一般工业, 牙科, 电子产品, 和一些汽车.

大多数工程师会与假正经的服务提供商合作,以避免购买假正经的机器的成本. 用户的主要资金投入将是模具, 过去和现在都很昂贵吗, 从2万美元到10多万美元不等. 因此, 适合该技术的零件是指在数年内不会经历设计变化或生产大量零件以摊销模具成本的零件.

假正经的过程由几个步骤组成1:

-原料的注射成型,由细金属粉末和粘合剂结合而成. 原料被插入假正经的机器的料斗中. 液压缸和螺杆机构将材料压入喷射喷嘴. 这个动作使材料加热, 使它液化,以便它能倒入模具, 填满每一个腔. 冷却模具的结果是一个“绿色”的部分.

-通过加热、酸或溶剂去除第一级粘合剂. 结果是一个“棕色”的部分是多孔的.

-烧结过程中的热脱粘,通过棕色部分留下的气孔使剩余的粘结剂蒸发.

-最后一步通过提高到烧结温度来完成, 反过来关闭金属粉末中的孔隙,从而增加了组件的密度. 由此产生的产品具有与常规制造部件相似的机械和物理性能.

假正经的工艺的关键部件是模具,它必须坚固.  它必须承受原料的高注射压力,这可能导致模具磨损, 反过来, 导致生产的部件不符合规格. 这可能需要多个模具来制造,以实现所需零件的数量.

而假正经的通常是一个零件一个模具. 尽管注射过程很快, 通常在一秒钟或更短的时间内发生, 你还是一次只做一个部分.  除了, 假正经的的模具有类似于其他注射成型工艺的模具的几何约束.  

一般来说,假正经的的零件尺寸在 .5–50 mm. 在微尺寸范围内存在重量为0的假正经的零件的情况.02 g. 其他部件的重量可能超过50克,但这是相当罕见的.

由于脱胶和烧结工艺,零件尺寸受到限制. 烧结, 在接近材料熔点的温度下会发生什么, 能缩小20%的部分. 这里的风险是零件形状、几何形状或公差的损失.  因此,解胶的最大材料厚度一般为5至10毫米. 较厚的部分要么需要更长的时间去粘合,要么不可能去粘合.

无论是假正经的还是粘结剂喷射,收缩和变形都是难以预测的. 为了获得所需的维度结果,可能需要多个开发周期. 在假正经的, 这意味着每个周期都要制造一个新的模具,直到最终的模具开发出来,并能正确地解释收缩和变形. 这使得假正经的的开发过程长达数月,成本非常高, 凸显了假正经的的主要劣势.

预测收缩和变形的算法正在开发中, 但目前还没有商用. 今天365足球体育app下载依靠的是经验与试错相结合的方法.

粘结剂喷射

粘结剂喷射是一种较新的工艺,是众多增材制造技术之一. 使用这种技术的行业包括医疗行业, 枪支, 电子产品, 消费品, 工具, 航空航天和汽车.

粘合剂喷射式3D打印机由金属粉末重涂机与粘合剂应用系统相结合组成. 在操作, 一个重涂器机构从料斗中应用一层薄薄的金属粉末,将原料粉末覆盖在构建平台上. 然后, 喷墨式的喷头在搭建平台上移动,并将装订材料沉积在特定的区域上,这些区域将作为部件“生长”. 然后建造平台被移动下来,准备接受下一层粉末. 这个过程重复,直到一个或多个部件完成.

当过程完成时,构建框容纳完成的部分和多余的粉末. 丢失的粉末被去除,露出绿色部分. 这些绿色的部分被认为是未完成的,有些可能在物理上很脆弱,无法立即处理, 所以当活页夹激活时,它们经常在构建框中休息. 这些部件的“绿色”标志仅仅意味着喷射粘合剂材料将金属粉末粘合到一个部件中, 但该零件没有经过脱脂或烧结过程.

像假正经的一样,完成的绿色部分需要额外的加工来去除粘合剂.  绿色部分首先进行去角质处理,形成类似假正经的的“棕色部分”. 下一个, 当棕色部分加热到接近熔化温度(约1400摄氏度)时,就会发生烧结, 这部分缩小了大约20%. 粘结剂喷射工艺的脱粘和烧结步骤是在假正经的建立的成熟技术基础上进行的.  由此产生的密度, 机械性能, 和物理属性与假正经的一致,非常类似于传统的金属加工技术.

When to use 假正经的; when to use 粘结剂喷射

当零件产量超过原型生产,但仍低于开发假正经的模具的盈亏平衡成本时,粘结剂喷射已经成为一个合适的选择. 模具的成本会影响价格, 但当零件数量超过20时,假正经的通常具有成本优势,000块. 在此之下,Binder jet是一个更经济有效的选择. 

像其他添加剂技术一样, 使用Binder jet可以很容易地更新设计, 因为它通常只是CAD文件中的一个更改. 因此,很容易在开发阶段打印出更新的设计. 由于假正经的金属模具采用传统的加工技术,因此更换金属模具的成本很高,而且需要很长时间. 粘结剂喷射的上市时间可以大大缩短,因为可以进行多次设计迭代,而不需要与假正经的模具相关的交货时间和成本.

粘合剂喷射的优点之一是,在构建期间不需要支持,因为部件是建立在粉末床. 在烧结阶段可能需要支架,以防止零件变形, 取决于零件的几何形状.

粘结剂喷射适用于尺寸小(通常低于50g)和复杂几何形状的零件. 要记住的一个设计要点是,如果零件大于50mm,烧结阶段的收缩和变形可能很难控制. 最小大小限制约为1 x 1 x 0.5毫米,主要由当前的处理约束决定.

粘结剂喷射处理孔和腔, 精细的细节需要35微米的分辨率, 壁厚大于0.2mm. 粘结剂喷射甚至可以是联锁和封闭部件的合适选择. 

粘合剂喷射的构建速率是基于整个构建框设置的,这是一个机器特定的速率. 您如何安排部件(包装密度)内的构建框驱动多少部件可以打印. 具有相似Z轴高度的零件将花费相同的总制造时间. 构建可以完全由唯一的几何图形组成,也可以由相同几何图形的多个组成.

与解绑定和烧结有关的费用取决于所使用的设备.  一般来说,这种设备的成本假正经的和粘合剂喷射是非常相似的.  主要的成本差异是粘合剂喷射不需要一个模具或安装成本像假正经的. 而BJAM的打印机本身就比模具贵, 它可以用于无限几何图形.

使用假正经的评估Binder jet的优势包括: 

-很少限制几何形状.  像所有的增材制造技术一样,Binder jet可以轻松处理复杂的零件设计. 

-可以同时打印多个几何形状,而假正经的需要针对每个几何形状使用特定的模具

上市时间:用户可以在相同的设备上制作原型并进入生产

-大规模定制:在产品上加入客户特定的设计,因为单个模具是不必要的

-响应市场需求:用户可以订购所需的最低数量的零部件,并随着需求的增加而增加. 在假正经的, 最小零件数量需要使它的成本效益可能超过目前的市场需求.

假正经的的优势之一, 和宾德喷射相比, 它有时能在选定的几何形状上实现更紧的公差吗. 粘结剂喷射目前已接近可达到的公差,并继续缩小这一差距. 粘结剂喷射的表面抛光也可能不像假正经的零件那样光滑.

适合假正经的的零件具有以下特点: 

-如果设计适合一个模具,零件的产量可达20000件以上. 如果满足这些条件, 部分是吹50g, 假正经的是在这些条件下最具成本效益的技术. 如果零件运行的零件较少,考虑粘结剂喷射.

Summary

Binder jet和假正经的之间的功能非常相似. 事实上,如此相似,许多人认为粘合剂喷射“假正经的没有模具.对于小批量的零件,Binder jet是更划算的选择. BJAM还能够更快地推向市场,并能够在不显著增加成本或时间的情况下测试多种设计. 这些优点通常可以补充假正经的过程.

粘合剂喷射市场是整个增材制造领域中快速增长的领域之一. 这项技术正在迅速发展, 变得更快、更准确,从而释放出更多的过程潜力. 因此, Binder jet和假正经的之间的盈亏平衡点继续发生变化, 使宾德喷射在零件生产方面与假正经的竞争. 考虑到粘结剂喷射处理比假正经的更高设计复杂性的能力, 这项技术肯定会颠覆业界对小型制造的看法, 复杂的金属部件.

1: http://mimaweb.org/design-center/what-is-metal-injection-molding/

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