Применение печати методом струйного нанесения связующего вещества

Binder Jetting (BJ) — технология аддитивного производства, которая послойно склеивает порошковые материалы жидким связующим, нанесенным струйной печатающей головкой. В отличие от лазерных технологий (SLS/SLM), где порошок спекается или сплавляется энергией луча, BJ работает при комнатной температуре, не создает остаточных напряжений и позволяет печатать объекты огромных размеров — до 2200×1200×600 мм. Эти уникальные особенности открыли технологии три основные ниши применения: литейное производство, серийная металлическая печать и полноцветная визуализация.​

1. Литейное производство: песчаные формы и стержни

Это основная и исторически первая область применения Binder Jetting, где технология произвела революцию в скорости и гибкости производства.​

Что печатают

Литейные формы из песка: Полные песчано-полимерные формы для заливки расплавленного металла (сталь, чугун, алюминий, бронза). Форма создается из кварцевого песка, склеенного фурановой или акриловой смолой.

Стержни (cores): Внутренние элементы форм, которые формируют полости и каналы в отливке (например, водяная рубашка блока двигателя).

Преимущества перед традиционным литьем

• Скорость: Литейная форма для крупной детали (блок двигателя, корпус насоса) печатается за 12–48 часов против 3–6 недель на изготовление деревянной/металлической мастер-модели и ручную формовку.​
• Сложность геометрии: Возможность создавать внутренние каналы, искривленные поверхности, поднутрения и сложные полости, которые невозможно сформовать традиционными разъемными формами.​
• Экономика малых серий: Для партий 1–100 отливок не нужно изготавливать дорогую оснастку — достаточно CAD-модели.​
• Быстрая итерация: Изменения в конструкцию вносятся в цифровую модель за минуты, новая форма готова на следующий день.​

Применение в отраслях

• Автомобилестроение: Прототипы и мелкие серии блоков двигателей, головок блока цилиндров, коллекторов.​
• Судостроение и энергетика: Крупногабаритные корпуса насосов, клапаны, лопатки турбин.​
• Аэрокосмическая промышленность: Легкие топологически оптимизированные детали из алюминия и титана.​

Пример: Производитель промышленных насосов печатает песчаную форму для корпуса диаметром 800 мм за 24 часа вместо 4 недель изготовления деревянной модели и ручной формовки.​

2. Серийное производство металлических деталей (Metal Binder Jetting)

Metal BJ — стремительно развивающаяся ниша, где технология конкурирует с SLM/DMLS за счет скорости и масштабируемости.​

Процесс Metal BJ

1. Печать “зеленой заготовки”: Металлический порошок (нержавеющая сталь 316L, инконель, титан) склеивается полимерным связующим при комнатной температуре.

2. Удаление связующего (debinding): Деталь помещают в термическую камеру, где связующее испаряется при 200–400°C.

3. Спекание: В вакуумной печи при 1200–1400°C частицы металла сплавляются, деталь усаживается на 15–20% и достигает плотности >97%.​

Преимущества Metal BJ перед SLM/DMLS

• ✅ Скорость: В 5–10 раз быстрее лазерных технологий — печатающая головка наносит связующее на всю площадь слоя за секунды, а лазер сканирует контур последовательно.​
• ✅ Отсутствие остаточных напряжений: Печать при комнатной температуре исключает термические деформации, которые возникают в SLM из-за локального перегрева лазером.​
• ✅ Большие размеры деталей: Камеры до 2200×1200×600 мм против 400×400×400 мм у большинства SLM-систем.​
• ✅ Экономичность серийного производства: Для партий 100–10 000 шт/год себестоимость детали на 30–50% ниже, чем у SLM.​
• ✅ Широкий выбор материалов: BJ совместим практически с любым порошковым металлом и керамикой, включая карбид вольфрама и медь, которые сложно печатать лазером.​

Недостатки

• ❌ Усадка и точность: Усадка 15–20% при спекании требует точной компенсации в CAD, финальная точность ±0.2–0.3 мм (хуже, чем у SLM).​
• ❌ Многоступенчатость: Цикл “печать → debinding → спекание” занимает 24–48 часов против 8–12 часов у SLM.​
• ❌ Шероховатость: Ra 15–25 мкм требует пескоструйной обработки или полировки.​

Применение Metal BJ

• Автомобилестроение: Серийное производство шестерен, кронштейнов, корпусов датчиков.​
• Медицина: Титановые протезы суставов и зубные импланты по индивидуальным размерам.​
• Инструментальное производство: Пресс-формы с конформными каналами охлаждения.​

3. Полноцветная печать: архитектурные макеты и визуализация

BJ — единственная технология 3D-печати, позволяющая создавать полноцветные объекты с разрешением до 600 dpi.​

Как работает полноцветная печать

Связующее выступает одновременно чернилами — в него добавляют CMYK-красители, и печатающая головка наносит их на слои гипсового или композитного порошка, формируя объемное изображение.​

Применение Binder Jetting

Архитектурные макеты: Детализированные модели зданий и кварталов масштаба 1:50–1:200 с текстурами фасадов, окон, элементов благоустройства.​

Промышленный дизайн: Презентационные образцы потребительских товаров с реалистичными цветами и текстурами (флаконы косметики, упаковка, гаджеты).​

Образование и медицина: Анатомические модели органов с цветовой кодировкой (артерии красные, вены синие, кости белые) для учебных целей.​

Сувенирная продукция: Фигурки, награды, подарки с фотореалистичными текстурами.​

Особенности

• Хрупкость: Гипсовые детали требуют пропитки цианоакрилатом или эпоксидной смолой для повышения прочности.​

• Стойкость цвета: Краситель проникает в глубину слоев, рисунок не стирается при истирании поверхности.​

4. Дополнительные применение Binder Jetting

Керамическая печать

BJ используют для изготовления керамических деталей (фильтры, изоляторы, высокотемпературные элементы) из оксида алюминия (Al₂O₃) и оксида циркония (ZrO₂).​

Композитные материалы

Печать порошков с добавлением карбида кремния (SiC) или углеродных наночастиц для создания износостойких деталей.​

Производство оснастки

Изготовление сложных форм для вакуумной формовки пластика, корпусов для заливки герметиком электроники.​

Когда выбирать Binder Jetting

Выбирайте BJ, если:

• ✅ Нужны литейные формы для серийного литья металлов (экономия времени в 5–10 раз).
• ✅ Требуется серийное производство металлических деталей (100–10 000 шт/год) без остаточных напряжений.
• ✅ Важна высокая скорость печати крупногабаритных изделий (до 2+ метров).
• ✅ Нужны полноцветные презентационные макеты с фотореалистичными текстурами.
• ✅ Проект предполагает работу с экзотическими материалами (карбид вольфрама, медь, керамика).

Не выбирайте BJ, если:

• Требуется высочайшая точность металлических деталей (±0.05 мм) — лучше SLM.
• Нужна максимальная плотность >99.5% без усадки — используйте SLM.
• Критична гладкая поверхность Ra <5 мкм — выбирайте SLA или Material Jetting.

Заключение

Binder Jetting занимает уникальную нишу в аддитивном производстве: это самая быстрая и масштабируемая технология для литейного производства и серийной металлической печати. Печать при комнатной температуре, отсутствие поддержек и огромные рабочие объемы делают BJ экономически выгодным решением для задач, где традиционные методы медленны или невозможны. Для литейных цехов внедрение BJ означает переход от недель к суткам, для производителей металлических деталей — кратное снижение себестоимости серий, для архитекторов — новый уровень презентационных материалов.​

Другие статьи по теме:

Применение FFF-печати
Применение SLA/DLP-печати
Применение SLS-печати
Применение печати методом струйного нанесения материала
Применение печати методом струйного нанесения связующего вещества Binder Jetting 
Применение DMLS/SLM-печати