金属注射成型vs粘结剂喷射金属3D打印
技术指南 2021年6月3日

金属注射成型vs粘结剂喷射金属3D打印

当涉及到制作原型或串行生产时, 设计师有一系列的制造选择. 然而,有两个选项有一些共同的领域,使选择变得复杂. 

两种选择是金属注射成型(假正经的)和粘结剂喷射增材制造(BJAM). 这些技术特别适用于制造小而复杂的几何形状. 两者都可以单独使用, 但是你也可以同时使用它们, 充分利用两者的优势, 制作一个部分. 这并不总是一个非此即彼的选择.  正如一些用户正在学习的那样, 粘结剂喷射可以与注射成形结合使用, 特别是当涉及到测试多个设计迭代或在使用假正经的进行大规模生产之前解决小批量需求时.

首先,对每种技术做一个概述.

假正经的

金属注射成型是在40多年前发展起来的,并在20世纪90年代经历了主要的增长. 如今,假正经的是一项成熟的技术,有许多材料可供选择,预计全球销售额为2美元.60亿年. 它被广泛而可靠地用于大批量生产小部件.  使用假正经的的行业包括枪支, 医疗, 一般工业, 牙科, 电子产品, 和一些汽车.

大多数工程师将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. 用户的主要财政投资将是模具, 哪些已经并且仍然会很昂贵, 从2万美元到10万多美元不等. 因此, 适合这种技术的零件是在生产大量零件的几年或几年时间内不会经历设计变更,以摊销模具成本的零件.

假正经的流程由几个步骤组成1:

-由细金属粉末与粘合剂结合而成的原料注射成型. 原料被插入假正经的机的料斗. 液压缸和螺旋机构使材料处于压力下,它推动材料进入喷嘴. 这一作用使材料受热, 把它液化,这样它就可以倒进模具, 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”部分是多孔的.

-热脱脂在烧结周期的一部分,通过在棕色部分留下的气孔蒸发剩余的粘合剂.

-最后一步是提高烧结温度, 进而关闭金属粉末中的孔隙,从而增加组件的密度. 这种产品的机械和物理性能与传统制造的部件相似.

注射成形工艺的关键部件是模具,模具必须坚固耐用.  它必须承受可能导致模具磨损的原料的高注射压力, 反过来, 导致生产的组件超出规格. 这可能需要制造多个模具来实现所需零件的数量.

然而,对于假正经的,它通常是每个零件一个模具. 尽管注射过程很快, 通常发生在一秒钟或更短的时间内, 你仍然一次只做一部分.  除了, 注射成形模具与其他注射成型工艺的模具具有类似的几何约束.  

一般来说,假正经的的零件尺寸在 .5–50 mm. 有在微尺寸范围内的假正经的零件的情况,重量为0.02 g. 其他部位的重量可能超过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, 将部分收缩20%之多. 这里的风险是零件形状、几何形状或公差的损失.  因此,用于脱胶的最大材料厚度一般为5 - 10毫米. 较厚的部分要么需要更长的时间来解绑定,要么使解绑定不可能.

无论是注射成形还是粘结剂喷射,收缩和变形都很难预测. 可以需要多个开发周期来实现所需的维度结果. 在假正经的, 这意味着每个周期制造一个新模具,直到最终的模具被开发,正确地考虑收缩和变形. 这使得假正经的开发过程耗时数月且成本高昂, 突出了假正经的的主要缺点.

正在开发预测收缩和变形的算法, 但还没有商业化. 经验与试错相结合是当今社会所依赖的.

粘结剂喷射

粘结剂喷射是一种较新的工艺,是增材制造技术中的一种. 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.

粘结剂喷射3D打印机包括金属粉末重涂与粘结剂应用系统结合. 在操作, 一种重刷机构应用一层薄薄的金属粉末,从料斗持有的原料粉末之上和上构建平台. 然后, 喷墨式的打印头在构建平台上移动,并将绑定材料沉积在特定的区域,这些区域将“生长”为该部分. 然后将构建平台向下移动,准备接收下一层粉末. 重复这个过程,直到一个或多个部件完成.

当这一过程完成时,构建盒将保存完成的零件和多余的粉末. 去除失粉,露出绿色部分. 这些绿色的部分被认为是未完成的,有些可能是物理脆弱,不能立即处理, 因此,当活页夹激活时,它们通常会停留在构建盒中. 这些部件的“绿色”标识仅仅意味着喷射粘合剂材料将金属粉末结合到一个部件中, 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处理来移除粘合剂.  绿色部分首先经过脱脂程序,结果是类似于假正经的的“棕色部分”. 下一个, 当棕色部分被加热到接近其熔点1400℃时,就会发生烧结, 这部分收缩了大约20%. 粘结剂喷射工艺的脱脂和烧结步骤是基于注射成形技术建立的成熟工艺.  由此产生的密度, 机械性能, 物理属性与假正经的一致,与传统的金属加工技术非常相似.

When to use 假正经的; when to use 粘结剂喷射

粘结剂喷射已经成为一个合适的选择,当零件产量超过原型,但仍然低于盈亏平衡成本的开发模具的假正经的. 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. 在此基础上,粘结剂喷射是一个更经济的选择. 

和其他添加剂技术一样, 使用粘结剂喷射更新设计很容易, 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. 由于采用传统的机械加工技术,金属注射成形模具的更换成本很高,而且需要时间. 粘结剂喷射的上市时间可以显著减少,因为可以进行多次设计迭代,而无需与假正经的模具相关的交货时间和成本.

粘结剂喷射的优点之一是,在构建过程中不需要支撑,因为部件是建立在粉床上. 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.

粘结剂喷射适用于体积小(通常低于50g)且几何形状复杂的零件. 需要记住的一个设计提示是,如果一个零件的尺寸大于50毫米,烧结阶段的收缩和变形就很难控制. 最小大小限制大约是1 x 1 x 0.5毫米,主要由当前处理的限制.

粘结剂喷射处理孔和蛀洞, 精细的细节需要35微米的分辨率, 壁厚在0以上.2mm. 粘结剂喷射甚至可以是一个合适的选择联锁和封闭的部分. 

装订机喷射的构建速率是基于整个构建盒来设置的,这是一个机器特定的速率. 你如何在构建盒内安排零件(包装密度)驱动可以打印多少零件. 具有相似Z轴高度的部件将花费相同的总构建时间. 一个构建可以完全由独特的几何图形组成,也可以由相同几何图形的多个组成.

与脱胶和烧结有关的成本取决于所使用的设备.  一般来说,注射成形和粘结剂喷射设备的成本是非常相似的.  主要的成本差异是粘结剂喷射不需要模具或安装成本像假正经的. 而BJAM的打印机本身比模具更贵, 它可以用于无限的几何形状.

使用注射成形技术评估粘结剂喷射的优势包括: 

-几何上几乎没有限制.  像所有的增材制造技术一样,粘结剂喷射可以轻松处理复杂的零件设计. 

-多种几何图形可以一次打印与假正经的,这需要一个特定的模具为每个几何所需

上市时间:用户可以在相同的设备上创建原型并进入生产

-大规模定制:由于不需要单独的模具,所以在产品上结合客户的具体设计

-响应市场需求:用户可以订购所需的最小零件,并在需求增加时相应增加. 在假正经的, 最小零件数量需要使其成本效益,这可能超过当前市场的需求.

假正经的的优势之一, 与粘结剂喷射相比, 它有时能在选择的几何形状上实现更严格的公差吗. 粘结剂喷射是接近可实现的公差今天,并继续缩小这一差距. 粘结剂喷射表面抛光也可能不如假正经的零件光滑.

适用于注射成形的零件具有以下特点: 

-如果设计适合模具,可生产20,000件以上的产品. 如果满足这些条件, 这个部分是50克, 在这些条件下,假正经的是最具成本效益的技术. 如果零件运行是为了更少的零件,考虑粘结剂喷射.

Summary

粘结剂喷射和假正经的之间的功能非常相似. 如此相似,事实上,许多人认为粘结剂喷射“假正经的无模具.“对于小批量的零件,粘结剂喷射是更划算的选择. 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个设计. 这些优点通常可以补充假正经的过程.

粘结剂喷射市场是整个增材制造领域中增长最快的领域之一. 这项技术正在迅速发展, 变得更快和更准确,这打开了更大的潜力的过程. 因此, 粘结剂喷射和假正经的之间的收支平衡点继续转变, 在零件生产方面,粘结剂喷射与假正经的有竞争力. 粘结剂喷射处理比注射成形更高的设计复杂性的能力因素, 而这项技术无疑是一项颠覆了行业对小型制造的看法的技术, 复杂的金属部件.

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

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