3D科學谷曾在《燒結變形、幾何形狀受限…間接金屬3D列印的短板正在消失》一文中Binder Jetting粘結劑噴射金屬3D列印技術與幾乎所有其他金屬3D列印工藝相比都是獨一無二的，因為在3D列印過程中不會產生大量的熱量。這使得高速列印成為可能，並避免了金屬3D列印過程中的殘餘應力問題。Binder Jetting粘結劑噴射金屬3D列印技術將熱加工過程轉移到燒結步驟，這使得更容易管理熱應力，因為燒結溫度低於其他型別的金屬3D列印工藝中所需的完全熔化溫度，並且熱量可以更均勻地施加。然而，這並不能完全消除溫度梯度和產生殘餘應力的挑戰。

可以說以Binder Jetting為代表的間接金屬3D列印技術是面向批次經濟型金屬零件的列印應用市場而誕生的。

不過，間接金屬3D列印技術本身也包含著不同型別的列印技術。本期，3D科學谷結合弗勞恩霍夫FraunhoferIFAM的MoldJet 3D列印技術，來領略模具列印與金屬填充列印的結合如何最大化生產力。

Fraunhofer IFAM

模具列印與漿料填充

列印工藝

Fraunhofer IFAM的MoldJet工藝的兩個基本的工藝步驟是

列印模具

，使其成為所需零件幾何形狀的框架，並用

金屬漿料填充該模具

。這兩個過程步驟彼此交替。

Fraunhofer IFAM

首先，是透過噴墨列印工藝由蠟狀聚合物製成的模具。在該過程中，將聚合物在容器中加熱，並透過列印頭將材料一滴一滴地施加到基材上。這些液滴重疊並形成均勻模製的層。在下一步中，

可以使用輥子使模具層光滑並確保整個列印區域上的層高均勻

。

然後將金屬醬料填充到模具中，這些金屬漿料由所需合金的金屬粉末和有機粘合劑體系組成。漿料從墨盒中均勻地喂入到槽模頭中，以確保均勻地轉移到模具中。然後，縫模頭在基材上均勻移動，並將漿料連續填充模具的型腔。

這些漿料是被

壓入空腔中的

，以

克服毛細作用力並避免無材料的區域

。同時，可以確保將多餘的材料清除並收集到模具區域的後面。

填充每層模具後，是進行乾燥和硬化的步驟。這三個過程步驟-模具列印，模具填充和乾燥-逐層重複進行，直到生產出所需的零件為止。每個單獨的模具層的佈局都可以靈活，獨立地調整。這樣就可以生產內部結構和通道以及帶有90°懸垂式懸垂的零件。不過根據3D科學谷的瞭解製造過程並非完全自由無限制，

例如需要避免完全封閉的內部通道，否則以後就無法去除模具材料

。

3D列印過程中的一大挑戰是質量控制。根據3D科學谷的深度瞭解，Fraunhofer IFAM特別為MoldJet工藝配備了檢測與控制（DAC）工藝步驟。從而可以透過高解析度相機掃描每個列印層，可以儲存每一層的影象資料。此外，機器操作員可以在每個列印層之後決定機械後處理步驟。在出現列印錯誤的情況下，可以清除最後的列印層並再次列印。

最後可以得到由模具材料和封閉的列印生坯組成的毛坯產品。隨後，必須進行脫模過程。在這裡，

蠟狀模具材料只需熔化

，脫模後的生坯將保留下來。然後，這些

高強度的生坯也會在熱處理爐中在機器外部進行熱處理，並燒結成緻密的金屬零件

。

Fraunhofer IFAM

Fraunhofer IFAM的機器配置

根據3D科學谷的瞭解，Fraunhofer開發的概念機器允許使用六個獨立的工作站和六個獨立的工作臺，即所謂的托盤。工作站和托盤都排列成一個圓形。工作站是固定的，而托盤則佈置在旋轉的旋轉器上，以便從一個工作站移動到下一個工作站。

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在Fraunhofer IFAM的MoldJet裝置中，第一個工作站可以同時使用四個噴墨列印頭。每個模具的解析度為2400 x 1800 DPI，X方向的解析度為11 m，Y方向的解析度為14 m，Z方向的解析度為100 m。當前，可製造層的高度為100μm。在不久未來，這將是靈活可調的，以生產更多的零件或實現更高的生產率。

在模具填充站內，使用寬度為235 mm且有效填充寬度為180 mm的縫模頭將漿料填充到模具層中。在當前配置中，MoldJet裝置具有兩個乾燥和一個硬化站。與前兩個工位相比，根據漿料的不同，

乾燥有時會花費最長的時間

。工作時間最長的工作站決定了整個製造的週期，從而決定了整個機器的產出，這就是該機器具有多個乾燥站的原因。

這意味著，例如，在一個托盤進行乾燥的時間內，

乾燥過程可以分開進行

，並且可以在其他列印過程中繼續進行乾燥。

每層資料的檢查和儲存提供了將來處理這些資料的可能性。根據3D科學谷的深度瞭解，以後透過智慧演算法和機器學習過程，必須由機器而不是操作員來決定是否需要返工。

MoldJet裝置中的托盤佈置的示意圖，托盤的尺寸為400 x 240 x 120毫米（長x寬x高）。 Fraunhofer IFAM

使用六個獨立的托盤，透過MoldJet工藝可以實現高達1600cm/ h的生產率。

爐子過程中部件的收縮率與其他基於燒結的增材製造過程相似，約為11-15％。可以

實現> 99％的相對元件密度

。MoldJet工藝的一個顯著特點是高的生坯強度。這樣就可以在不進行任何損壞的情況下運輸元件，直到進行熱處理（熱脫脂，燒結）為止。根據3D科學谷的瞭解關於可以使用的粉末，MoldJet工藝幾乎沒有任何限制。

那些具有成本效益的MIM粉末可以直接用在MoldJet工藝

。

結論

MoldJet工藝是為基於燒結的增材製造領域的工業應用而建立的製造工藝。

根據3D科學谷的瞭解目前該過程具有以下特徵：

- 最高1，600cm/ h的生產率

- 可以生產大批次的零件

- 易於擴充套件的零件數量（從一件到批次生產）

- 幾乎沒有設計限制（內部通道，甚至90°的懸垂等）

- 不需要零件材料的支撐結構

- 高生坯強度

- 無需花費大量的操作時間即可拆除或拆除支撐結構

- 可以使用低成本的標準粉末（例如MIM粉末）

- 安全的工藝

- 多種材料系統（所有可燒結材料）

總體來說Fraunhofer IFAM的MoldJet工藝優勢在於，Fraunhofer IFAM可以提供從金屬漿料開發，列印測試，幾何形狀最佳化和熱處理（熱脫脂，燒結）組成的整個過程鏈，以實現緻密的功能部件低成本製造。

更多資訊，請參考3D科學谷釋出的《不鏽鋼3D列印白皮書》

l 文章來源：3D科學谷市場研究團隊

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