파우더 베드 및 잉크젯 헤드 3D 프린팅

Powder bed and inkjet head 3D printing
이 기사는 파우더 베드와 잉크젯 기반의 3D 프린팅에 관한 것입니다.모든 적층 제조 공정의 일반적인 용어는 적층 제조를 참조하십시오.
공정의 개략도: 가동 헤드 a)는 분체층 e의 표면을 선택적으로 결합(접착제를 떨어뜨리거나 레이저 소결)하고, 가동 플랫폼 f)은 침대와 응고물 d를 점진적으로 하강시켜, 결속되지 않은 분체 내부에 놓여 있다.레벨링 기구 b)에 의해 분체 리저버 c)로부터 새로운 분체를 침상에 연속적으로 첨가한다.

바인더 제트 3D 프린팅은 "파우더 베드 앤 잉크젯" 및 "드롭 온 파우더" 프린팅으로 다양하게 알려져 있으며 CAD 파일과 같은 디지털 데이터로 묘사된 물체를 만들기 위한 신속한 프로토타이핑 및 적층 제조 기술입니다.바인더 분출은 [1]ASTM 및 ISO에 따라 적층 제조 공정의 7가지 범주 중 하나입니다.

역사

이 기술은 매사추세츠 공과대학에서 처음 개발되어 1993년에 특허를 받았습니다.1996년, ExOne Company는 [2]이 기술에 대한 독점적인 사용 분야 특허를 부여받았고, 후에 3D [3]Systems에 인수된 Z Corporation은 금속 주조 목적으로 [4]이 기술을 사용하는 비독점 특허를 취득했습니다."3차원 인쇄"라는 용어는 3DP라는 [5][6]약어와 함께 MIT의 연구 그룹에 의해 상표로 등록되었습니다.그 결과, "3D 프린팅"이라는 용어는 바인더 제트 프린팅 공정을 고유하게 지칭한 것으로, 모든 적층 제조 공정을 지칭하는 용어로 널리 받아들여지기 시작했습니다.

묘사

다른 많은 적층 제조 공정에서와 마찬가지로, 프린팅할 부품은 3D 모델의 많은 얇은 단면으로부터 제작됩니다.잉크젯 프린트 헤드는 분말층을 이동해 액체 결합재를 선택적으로 퇴적시킨다.완성된 부분에 얇은 분말층을 펴고 각 층이 마지막 층에 밀착된 상태에서 공정을 반복한다.

모델이 완성되면 결합되지 않은 가루는 "분말 제거"라고 불리는 프로세스에서 자동으로 또는 수동으로 제거되며 어느 [7]정도 재사용될 수 있습니다.

디파우더 파트는 선택적으로 다양한 침투제 또는 기타 처리를 통해 최종 파트에서 원하는 특성을 생성할 수 있다.

자재

마두로담 미니어처 파크가 Fantasitron 포토 부스에서 촬영한 2D 사진으로부터 석고 베이스의 프린팅을 사용해 Shapeways가 제작한 1:20 스케일의 3D 셀카.

원래의 실시 형태에서는, 녹말과 석고 회반죽이 분말을 채우고, 액체 「바인더」는 대부분 회반죽을 활성화하기 위한 물입니다.또한 바인더에는 염료(컬러 인쇄용)와 점도, 표면 장력 및 비등점을 인쇄 헤드 사양에 맞게 조정하는 첨가제가 포함되어 있습니다.그 결과 발생하는 석고 부품은 일반적으로 "녹색 강도"가 부족하며, 정기적인 취급 전에 녹인 왁스, 시아노아크릴레이트 접착제, 에폭시 등에 의한 침윤이 필요합니다.

반드시 종래의 잉크젯 기술을 채용하고 있는 것은 아니지만, 다양한 분말-바인더 조합을 도입하여 화학적 또는 기계적 방법으로 물체를 형성할 수 있다.그런 다음, 결과 부품에 침투 또는 베이크아웃과 같은 다른 후처리 방식을 적용할 수 있습니다.예를 들어 기계적 바인더를 제거하고(예: 연소) 핵심 재료를 통합하거나(예: 용해) 분말과 바인더 특성을 혼합한 복합 재료를 형성하기 위해 수행할 수 있습니다.소재에 따라 풀컬러 인쇄가 선택사항이 될 수도 있고 아닐 수도 있습니다.2014년 현재 발명·제조업자는 모래와 탄산칼슘(합성대리석 형성), 아크릴 분말과 시아노아크릴레이트, 세라믹 분말과 액체 바인더, 설탕과 물(캔디 제조용) 등으로 물체를 형성하는 시스템을 개발하고 있다.Graphene을 사용한 최초의 상용 제품 중 하나는 파우더 베드 잉크젯 헤드 3D [8]프린팅에 사용되는 분말 복합체였습니다.

Ti-6Al-4V와 은의 복합체로, 3D 프린팅과 침투를 통해 제조된 금속 단면 SEM 그림

3D 프린팅 기술은 단일 빌드에서 재료 특성이 달라질 수 있는 잠재력이 제한적이지만 일반적으로 공통 코어 재료의 사용에 의해 제한됩니다.원래의 Z Corporation 시스템에서는 일반적으로 단면이 솔리드 아웃라인(솔리드 쉘 형성)과 저밀도 내부 패턴으로 인쇄되어 인쇄 속도를 높이고 부품의 경화 시 치수 안정성을 보장합니다.

특성.

여러 인쇄 헤드와 컬러 바인더를 사용한 부피 측정 색상과 더불어, 3D 프린팅 공정은 일반적으로 원하는 해상도로 빌드 및 서포트 재료를 100% 증착해야 하는 융착 모델링 재료 분사 등 다른 적층 제조 기술보다 빠릅니다.3D 프린팅에서는 복잡성에 관계없이 각 인쇄층의 대부분이 동일한 급속 확산 [9]공정으로 증착됩니다.

다른 분체 기반 기술과 마찬가지로, 느슨한 분체가 돌출된 피처와 쌓이거나 매달린 물체를 지지하기 때문에 일반적으로 지지 구조가 필요하지 않습니다.인쇄된 서포트 구조를 제거함으로써 빌드 시간과 재료 사용을 줄이고 장비와 후처리를 단순화할 수 있습니다.그러나 파우더 제거 자체는 복잡하고 시간이 많이 걸리는 작업일 수 있습니다.따라서 일부 기계는 가능한 범위 내에서 분말 제거 및 분말 재활용을 자동화합니다.전체 빌드 볼륨은 입체 석판과 마찬가지로 분말로 채워지기 때문에 설계에는 중공 부분을 배출하는 수단이 수용되어야 합니다.

다른 분체층 공정과 마찬가지로 표면 마감 및 정확도, 물체 밀도, 재료 및 공정에 따라 부품의 강도는 SLA(입체 석판 인쇄) 또는 SLS(선택 레이저 소결)와 같은 기술에 비해 떨어질 수 있습니다."계단 스테핑" 및 비대칭 치수 특성은 대부분의 다른 층 제조 공정과 마찬가지로 3D 프린팅의 특징이지만, 일반적으로 3D 프린팅 재료는 수직 해상도와 평면 내 해상도의 차이를 최소화하는 방식으로 통합됩니다.또한 이 프로세스는 교차하는 솔리드 및 기타 데이터 아티팩트를 수용할 수 있는 빠른 프로세스인 목표 해상도에서 레이어를 래스터화하는 데 적합합니다.

파우더 베드와 잉크젯 3D 프린터의 가격은 일반적으로 50,000달러에서 200,000달러까지[citation needed] 다양하지만, 소비자용 FDM 프린터를 파우더/잉크젯 프린터로 변환하기 위해 800달러부터 판매하는 취미용 DIY 키트가 있습니다.

제한 사항

바인더 분사 공정에 의해 인쇄된 부품은 본래 다공질이며 표면이 미완성이며 분상 융접과는 달리 분말은 물리적으로 용융되지 않고 결합제로 접합된다.결합제를 사용하면 높은 용해 온도(예: 세라믹) 및 감열성(예: 폴리머) 재료를 분말화하여 적층 제조에 사용할 수 있지만 바인더 분사 부품은 경화, 소결 및 추가 마감과 같은 부품을 인쇄하는 데 걸리는 시간보다 더 많은 시간을 필요로 할 수 있는 추가 후 처리가 필요합니다.를 클릭합니다.[10]

바인더 분사 공정에서 생성된 일반 금속 및 응집 입자의 X선 이미지.사용된 분말은 9um 스테인리스강 316이었습니다.큰 원형 응집 입자는 분말층이 고갈되는 원인이 됩니다.

바인더 분출은 특히 바인더를 분체 표면에 떨어뜨릴 때 발생하는 분체 바닥 고갈 현상에 노출되기 쉽습니다.이 문제는 바인더 분출에서 특히 많이 발생합니다. 기존의 적층 제조 공정과는 달리(높은 열을 사용하여 분말을 녹이고 함께 융합하는) 바인더 "제트"는 침대로 떨어지는 바인더로 인해 표면에서 반결합 분말의 대규모 응집체가 분출되어 표면 아래 고갈 구역(fo)을 남길 수 있습니다.r 30 μm SS316 분말, 56±12 μm의 고갈 구역 깊이가 관찰되었다.)이후 층의 분말이 퇴적될 때 고갈 구역이 증가하면 바인더 분사로 인쇄된 부품의 품질에 큰 영향을 미칠 수 있습니다.분출된 응집괴는 침대의 다른 영역에 착지하여 침대의 표면이 평평하지 않게 되고, 최종 부분의 치수가 뒤틀려 부정확하게 되며, 큰 표면 아래 기공이 형성된다.잔류 결함과 응력도 곳곳에 존재할 수 있으며, 이는 (바인더 분사 부품의 고유 다공성으로 인해) 이미 약한 부품의 강도를 감소시킵니다.[11]

바인더 분사 부품은 일반적으로 분말층 융접 공정으로 인쇄된 부품보다 약하기 때문에 이러한 요소들은 항공우주 분야와 같은 고성능 용도에 바인더 분사의 사용을 제한합니다.그러나 바인더 분사는 신속한 시제품 제작과 저비용 금속 [12]부품 생산에 이상적입니다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ "ISO / ASTM52900 - 15 Standard Terminology for Additive Manufacturing – General Principles – Terminology". ASTM International. 2015. Retrieved January 24, 2019.
  2. ^ "Amended and Restated Exclusive Patent License Agreement". www.sec.gov. Retrieved June 24, 2019.
  3. ^ "3D Systems Completes The Acquisition Of Z Corp and Vidar". 3D Systems. January 3, 2012. Retrieved June 24, 2019.
  4. ^ "Amended and Restated Exclusive Patent License Agreement". www.sec.gov. Retrieved June 24, 2019.
  5. ^ "Printers produce copies in 3D". BBC News. August 6, 2003. Retrieved October 31, 2008.
  6. ^ Grimm, Todd (2004). User's Guide to Rapid Prototyping. SME. p. 163. ISBN 978-0-87263-697-2. Retrieved October 31, 2008.
  7. ^ Sclater, Neil; Nicholas P. Chironis (2001). Mechanisms and Mechanical Devices Sourcebook. McGraw-Hill Professional. p. 472. ISBN 978-0-07-136169-9. Retrieved October 31, 2008.
  8. ^ "Graphenite™ Graphene™ Reinforced 3D Printer Powder - 30 lbs". Noble 3D Printers. Retrieved April 28, 2018.
  9. ^ "Best High Resolution Industrial 3D Printer – Fusion3 F410".
  10. ^ Gokuldoss, Prashanth Konda; Kolla, Sri; Eckert, Jürgen (June 2017). "Additive Manufacturing Processes: Selective Laser Melting, Electron Beam Melting and Binder Jetting—Selection Guidelines". Materials. 9 (6): 2–3. Bibcode:2017Mate...10..672G. doi:10.3390/ma10060672. PMC 5554053. PMID 28773031.
  11. ^ Parab, Niranjan D.; Barnes, John E.; Zhao, Cang; Cunningham, Ross W. Cunningham; Fezzaa, Kamel; Rollett, Anthony D.; Sun, Tao (February 2019). "Real time observation of binder jetting printing process". Scientific Reports. 9 (1): 5–6. doi:10.1038/s41598-019-38862-7. PMC 6385361. PMID 30792454.
  12. ^ "All You Need To Know About Metal Binder Jetting". Autonomous Manufacturing. 2018. Retrieved March 10, 2019.