3D打印技術(shù)經(jīng)過近40年的發(fā)展,已成為當(dāng)下先進制造的有力工具,發(fā)展?jié)摿薮?。?jù)Wholers數(shù)據(jù)統(tǒng)計,2021年全球3D打印市場規(guī)模達152.44億美元,年均復(fù)合增長率20.4%。據(jù)中國增材制造產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟數(shù)據(jù)統(tǒng)計,2021年中國3D打印的企業(yè)營收達265億元,年平均增長率為30%,高于全球平均增長率,顯示了世界第一制造大國對制造新技術(shù)的重視與成就。
可以看到,3D打印的市場增長率挺高,整個行業(yè)規(guī)模呈逐年增長之勢,但相較其他行業(yè)而言,3D打印仍是一個小行業(yè)。究其原因,主要還是受制于3D打印的打印效率和材料成本。例如基于“點掃描”的激光粉末床熔融金屬3D打印技術(shù),其在航空航天、汽車、軍工、模具、醫(yī)療等領(lǐng)域小批量精密金屬件制造中有不少應(yīng)用,也相比傳統(tǒng)制造技術(shù)更具優(yōu)勢,但對于大多數(shù)工業(yè)用戶而言,3D打印要得到更大規(guī)模的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用,就亟需解決“又慢又貴”的問題。
粘結(jié)劑噴射(Binder Jetting/3DP,下文簡稱BJ)是一種高效率、低成本的“線掃描”3D打印技術(shù),早在1993年就誕生于美國麻省理工學(xué)院,由于工藝門檻更高、產(chǎn)業(yè)鏈更長,BJ技術(shù)發(fā)展進程明顯滯后于基于“點掃描”的激光3D打印技術(shù),但憑借效率和成本優(yōu)勢,BJ技術(shù)后勁十足。
近幾年,隨著BJ領(lǐng)域取得一系列技術(shù)突破,特別是BJ金屬的開發(fā)成功,再度受到業(yè)界廣泛關(guān)注,被稱為“Additive 2.0”技術(shù)。據(jù)SmarTech報告預(yù)測,到2030年,粘結(jié)劑噴射3D打印等間接金屬打印技術(shù)將實現(xiàn)540億美元(約3500億人民幣)的產(chǎn)值。
國際上,Desktop Metal、HP、Digital Metal等公司在近5年間先后完成BJ金屬技術(shù)的技術(shù)開發(fā),實現(xiàn)了一定程度的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。國內(nèi)BJ技術(shù)起步較晚,但作為制造業(yè)大國,我國對BJ技術(shù)的市場需求更為迫切,特別是來自MIM(金屬注射成型)行業(yè)對快速試制和中小批量生產(chǎn)的需求。
在此背景下,國內(nèi)BJ技術(shù)迅速發(fā)展。據(jù)了解,國內(nèi)已有幾家企業(yè)把BJ列為在研項目,其中,北京隆源自動成型系統(tǒng)有限公司(三帝科技旗下企業(yè),以下簡稱“隆源成型”)已有設(shè)備投放市場。
隆源成型公司是國內(nèi)3D打印技術(shù)領(lǐng)先企業(yè),于2018-2020年間完成BJ金屬技術(shù)開發(fā)并推出了AFS-J120、AFS-J380設(shè)備。設(shè)備搭建集成了小粒徑(5~15μm)低流動性粉末精準(zhǔn)供料系統(tǒng)、 新型鋪粉輥壓系統(tǒng)和高精度噴墨打印系統(tǒng)(1200dpi),可實現(xiàn)±0.1mm的打印精度及>55%的綠坯致密度,相關(guān)技術(shù)指標(biāo)達到國際先進水平。 圖:隆源成型粘結(jié)劑噴射(BJ)金屬打印設(shè)備AFS-J120、AFS-J380
在設(shè)備基礎(chǔ)上,隆源成型公司成功開發(fā)了一系列BJ專用粘結(jié)劑配方,適用于鐵基合金、輕金屬合金、有機玻璃、陶瓷等20余種基體材料。團隊對粘結(jié)劑理化特性、粘結(jié)劑與粉末的相互作用進行了系統(tǒng)性研究與分析,其中水基粘結(jié)劑具綠色環(huán)保、燒結(jié)低碳氧殘留等特性,應(yīng)用效果好。
脫脂燒結(jié)工藝是完成BJ金屬制造的必備后段工藝,隆源成型相關(guān)BJ金屬材料的脫脂燒結(jié)態(tài)性能均已達到MIM行業(yè)國際材料標(biāo)準(zhǔn),已具備產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用條件。
粘結(jié)劑噴射金屬3D打印技術(shù)因其打印效率高、材料成本低、設(shè)備性價比高、無需額外支撐、適于批量化等特點,被認為是金屬3D打印實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)的絕佳途徑之一。而隆源成型在該領(lǐng)域的布局,也是其立足于3D打印核心技術(shù),打造“平臺+生態(tài)”發(fā)展理念的踐行。
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