In 3D kim loại bằng phương pháp phun chất kết dính
Máy in PX100 Markforged
Markforged là một trong những nhà sản xuất máy in 3D hàng đầu sử dụng công nghệ đùn cho cả kim loại và polyme, nhưng để mở rộng sang công nghệ phun kết dính kim loại, công ty đã mua lại nhà sản xuất máy phun kết dính kim loại của Thụy Điển là Digital Metal vào năm 2022.
Vào năm 2023, Markforged đổi tên máy in phun kỹ thuật số Digital Metal DMP Pro thành Markforged PX100, có hai kích cỡ.
Từng là một phần của Höganäs, một trong những nhà sản xuất bột kim loại lớn nhất và lâu đời nhất thế giới, Digital Metal được thành lập vào năm 2004 để khám phá các công nghệ sẽ dẫn đến việc bán nhiều bột kim loại hơn. Ban đầu được thiết kế để chứng minh rằng phun chất kết dính kim loại có thể tạo ra các bộ phận chất lượng, không phải là một thiết bị có thể bán được, PX100 có phần quá kỹ thuật, công ty cho biết. Tuy nhiên, kỹ thuật đó đã dẫn đến độ chính xác và chất lượng bộ phận khiến nó trở nên khác biệt, theo Markforged.
Đế máy là một phiến đá granit cần thiết để ổn định thiết bị và loại bỏ rung động trong quá trình in. Đây là lý do tại sao PX100 nặng gần gấp đôi so với bất kỳ giải pháp phun keo dính kim loại nào khác. Ngoài ra còn có động cơ tuyến tính trơn tru và ổ trục khí, mà Markforged cho biết dẫn đến độ chính xác cao và độ chính xác tĩnh tốt hơn 1 micron.
Giải pháp binder jet của công ty tập trung vào việc sản xuất các lô lớn các bộ phận kim loại nhỏ và phức tạp. Với khối lượng in 250 × 217 × 186, nó có thể tạo ra các bộ phận lớn hơn, nhưng khách hàng đã lựa chọn giải pháp này vì khả năng tạo ra hàng trăm hoặc thậm chí hàng nghìn bộ phận nhỏ cùng một lúc, chẳng hạn như mặt đồng hồ và dụng cụ y tế.
Markforged cung cấp toàn bộ hệ sinh thái phụ kiện bao gồm chức năng khử bột và quản lý bột theo lựa chọn của bạn hoặc phiên bản thủ công hoặc tự động.
Vì phương pháp này không cần nhiệt hoặc bước bảo dưỡng hay sấy khô nên không cần làm mát hay làm nóng lâu, và thời gian giữa các mẻ có thể chỉ mất 15 phút.
Tại sao nên sử dụng phương pháp phun chất kết dính kim loại?
Phun chất kết dính có một số ưu điểm so với phương pháp đúc phun kim loại truyền thống và so với các hình thức in 3D kim loại khác, tùy thuộc vào yêu cầu của bạn. Công nghệ này đặc biệt nổi trội về tốc độ và năng suất vì đầu in thường hoạt động nhanh hơn tia laser hoặc chùm tia điện tử được sử dụng trong các công nghệ khác. Thêm vào đó, các bộ phận có thể được đóng gói và xếp chồng bên trong buồng in, tận dụng gần như mọi centimet không gian.
Theo nghiên cứu của Amir Mostafaei, phó giáo sư tại Khoa Vật liệu, Kỹ thuật Cơ khí và Hàng không Vũ trụ thuộc Viện Công nghệ Illinois, công nghệ phun chất kết dính đang dần thống trị các lĩnh vực sản xuất khác, đặc biệt là đúc phun kim loại, vì chúng sử dụng cùng vật liệu và quy trình, cũng như các chi tiết về kích thước và hình học, chẳng hạn như độ dày thành.
Ưu điểm của phương pháp phun chất kết dính:
- Nhiều lựa chọn vật liệu. Phun chất kết dính tương thích với nhiều loại vật liệu dạng bột hiện có và vì kim loại dạng bột được thiêu kết đến mật độ đầy đủ trong nhiều quy trình sản xuất truyền thống khác, những người ủng hộ phun chất kết dính cho biết nó có tiềm năng vượt trội hơn so với phương pháp nung chảy bột trong các ứng dụng và có nhiều lựa chọn vật liệu nhất trong tất cả các quy trình AM. Về lý thuyết, phun chất kết dính có thể được sử dụng với bất kỳ vật liệu kim loại dạng bột nào và chất lỏng kết dính bổ sung. Trên thực tế, máy in 3D phun chất kết dính kim loại “tương thích” với các vật liệu được chọn vì đây là những vật liệu có chất kết dính tương ứng và đã được thử nghiệm thực tế kỹ lưỡng.
- Quy trình lạnh. Quy trình in phun chất kết dính ở nhiệt độ phòng, tránh các vấn đề liên quan đến ứng suất dư từ nhiệt và làm cho bột xung quanh các bộ phận trong hộp xây dựng có khả năng tái chế cao, tiết kiệm chi phí vật liệu, các nhà nghiên cứu cho biết.
- Khối lượng lớn. Mặc dù không phải là máy in 3D kim loại lớn nhất về kích thước buồng in, nhưng máy phun chất kết dính cho phép bạn lồng nhiều bộ phận khác nhau vào một lần in. Công suất sản xuất khối lượng lớn này lý tưởng cho các công ty muốn in nhiều bộ phận phức tạp hoặc phiên bản nguyên mẫu. Công nghệ này được các công ty dịch vụ in 3D ưa chuộng vì có thể in nhiều đơn hàng từ nhiều khách hàng vào một lần in.
- Không có giá đỡ. Nhu cầu về cấu trúc giá đỡ giảm đáng kể đối với bất kỳ hình dạng bộ phận nào được tạo ra bằng phương pháp phun chất kết dính vì lớp bột thường cung cấp đủ giá đỡ, nghĩa là có nhiều không gian thiết kế hơn (đặc biệt là để tạo các kênh bên trong), ít lãng phí vật liệu hơn, ít thời gian và công sức hơn để loại bỏ giá đỡ và nhiều không gian hơn để lồng nhiều bộ phận vào một khối lượng xây dựng. Tuy nhiên, một số hình dạng có thể được hưởng lợi từ giá đỡ trong quá trình thiêu kết.
- Tốc độ cao. Phun chất kết dính nhanh và có tỷ lệ sản xuất cao, do đó có thể sản xuất khối lượng lớn các bộ phận với chi phí hiệu quả. Mặc dù phun chất kết dính nhanh hơn in 3D kim loại bằng phương pháp kết hợp bột laser đơn, nhưng không nhanh hơn tất cả các loại kết hợp bột laser.
- Đầu ra đa năng. Phun chất kết dính có thể tạo ra nhiều mật độ khác nhau với độ xốp được kiểm soát dựa trên nhiệt độ và thời gian thiêu kết, dẫn đến nhiều ứng dụng khác nhau.
Nhược điểm của phương pháp phun chất kết dính:
- Nhiều bước. Phun chất kết dính là một quy trình nhiều bước đòi hỏi các bước xử lý sau, bao gồm các thiết bị bổ sung.
- Rủi ro biến dạng. Quá trình làm cho các bộ phận phun chất kết dính đặc hơn – thiêu kết – có thể dẫn đến biến dạng hình học. Tuy nhiên, điều này có thể tránh được bằng cách tính toán thích hợp trước, được hỗ trợ bởi phần mềm của máy in.
- Lao động thủ công. Việc di chuyển các bộ phận từ máy in đến máy xử lý sau và khử bột các bộ phận đã in thường là một quá trình thủ công. Một số quá trình khử bột có thể tự động hóa tùy thuộc vào hình dạng của bộ phận.
Chất lượng bộ phận kim loại phun chất kết dính
Phun chất kết dính kim loại là công nghệ rất hấp dẫn để sản xuất các bộ phận kim loại vì tất cả những lý do đã nêu ở trên, cộng thêm một điểm rất quan trọng: trọng lượng nhẹ.
Vì phương pháp phun chất kết dính có thể in các bộ phận có hoa văn phức tạp thay vì rắn chắc, nên các bộ phận thu được nhẹ hơn đáng kể trong khi vẫn bền. Tính năng xốp của phương pháp phun chất kết dính cũng có thể được sử dụng để tạo ra các bộ phận cuối nhẹ hơn cho các ứng dụng y tế, chẳng hạn như cấy ghép.
Giống như các quy trình sản xuất bồi đắp khác, phương pháp phun chất kết dính có thể sản xuất các thành phần phức tạp với các kênh và cấu trúc bên trong, loại bỏ nhu cầu hàn và giảm số lượng bộ phận cũng như trọng lượng của các thành phần. Thiết kế lại các bộ phận kim loại của bạn để phun chất kết dính có thể dẫn đến giảm đáng kể vật liệu được sử dụng và lãng phí.
Các bộ phận phun chất kết dính có bề mặt nhẵn mịn, đặc biệt là ở các kênh bên trong.
