MBJ: резервы роста – порошки и связующие

Технология Metal Binder Jetting (MBJ) меняет ландшафт 3D-печати, что имеет революционные последствия для производства металлов. Этот инновационный подход заключается в нанесении металлических порошков и временного связывания их жидким связующим для создания сложных и впоследствии прочных объектов. 

По мнению продвинутых аддитивщиков, именно технология 3D-печати Binder Jetting, включая её металлизированного соратника MBJ, имеет все шансы на лидерство в цифровой трансформации производства. И потому практики отрасли, чтобы обеспечить конкурентоспособность в этой динамичной области, внимательно следят за изменениями рынка и стараются гибко адаптировать свои стратегии.

Решающее значение для определения конечной производительности, стоимости и общего успеха процесса печати по технологии MBJ имеет выбор порошкового материала. В то время как производители оборудования MBJ преуспевают в разработке механики, программного обеспечения и процессов, MBJ тормозится из-за того, что существующие на сегодня специализированные порошки имеют существенные недостатки. 

Например, обычные порошки для литья под давлением металлов (MIM), часто используемые в качестве заменителей, обладают плохой сыпучестью, что снижает плотность печати и общую производительность. С другой стороны, порошки, получаемые при помощи газовой атомизации, обеспечивают лучшую текучесть, но они дороги и склонны к деформации во время высокотемпературного спекания.

В результате ведущие поставщики комплексных решений в сфере АТ вынашивают планы уже в текущем году запустить производство специализированных порошков для MBJ. Перечень таких порошков в основном будет включать в себя нержавеющую сталь, жаропрочные сплавы и титановые сплавы. Такие порошки будут демонстрировать подходящую текучесть и более высокую плотность нанесения.

Связующим отводится не менее значимая роль в технологии MBJ, требующей минимального количества их остатков после спекания, высокой прочности склеивания, стабильной печати и устойчивости к засорению печатающей головки. Уникальные проблемы технологии MBJ, в том числе нагрев во время печати, открывают возможности для инноваций в сфере связующих.

В настоящее время есть коммерческие связующие, которые обычно обеспечивают трехнаправленный контроль проникновения в пределах 0,05 мм (что эквивалентно удвоенному расстоянию при разрешении 1200 точек на дюйм). Это также причина того, почему детали, напечатанные с помощью технологии MBJ, обычно отличаются более высокой точностью по оси Z и более высоким качеством поверхности по сравнению с технологией синтеза на подложке по металлам и сплавам LB-PBF/SLM. Большая глубина проникновения лазера в технологии LB-PBF приводит к снижению точности по оси Z и качества поверхности деталей.  

После печати эти связующие подвергаются низкотемпературному (около 150°C) процессу отверждения. Ведущие производители уже в ближайшем будущем могут отказаться от процесса термоотверждения, разработав новый набор связующих, работающих при комнатной температуре.

Технологические обновления в Metal Binder Jetting поставлены на поток. Один из партнеров компании AM.TECH имеет более чем десятилетний опыт исследований и разработок в этой области, активно тестируя печатающие головки различных брендов и моделей: Epson, Seiko, Ricoh, Xaar, Kyocera и т.д. Компания также участвует в независимых и совместных исследованиях и разработках с Центром быстрого производства Хуачжунского университета науки и технологий.

Что касается нанесения порошка, то крупные производители MBJ, в том числе Markforged (Digital Metal) и Desktop Metal (ExOne), обычно используют в производстве метод нанесения порошка вверх, каждый из которых имеет свои уникальные подходы. AM.TECH в своих моделях использует запатентованную технологию просеивания и распределения порошка, повышая плотность деталей на 5-10%. В 2024 году основное внимание будет уделено оптимизации распределения порошка, а также улучшению совместимости и уменьшению пыли.

Технология MBJ прижилась во всём аддитивном мире. Но если развитые экономики Запада демонстрируют более глубокое понимание и ставку на использование возможностей массового производства и ценовых преимуществ технологии MBJ, то индустриальный Восток, да и Россия, сталкиваются с проблемами из-за сильного доминирования технологии LB-PBF в определенных секторах.

В Китае, например, Apple и Huawei выбрали технологию LB-PBF для печати корпусов и компонентов гаджетов из титановых сплавов исходя из отсутствия опыта и устаревшего убеждения, что MBJ уступает LB-PBF. При этом та же Apple предпочла MBJ вместо LB-PBF для производства корпусов часов Apple Watch Ultra из нержавеющей стали. Ведущие компании знают, что промышленный 3D-принтер по MBJ технологии может печатать около 2000 изделий в день, предлагая сопоставимую скорость и стоимость по сравнению с MIM, устраняя необходимость в пресс-формах.

Надо надеяться, что ведущие производители MBJ, столкнувшиеся с рисками, связанными с недооценкой этой технологии, смогут успешно преодолеть свои проблемы и сотрудничать с другими производителями MBJ, такими как HP и GE, для расширения сфер их применения.

В планах AM.TECH выпуск продукции из титановых сплавов с плотностью 98% для высокоглянцевых компонентов (очень важно, чтобы для эстетики сплошность изделий была максимально высокой, а поры не попадали на поверхность, снижая привлекательность продукта). Конечно, пользователи этой технологии могут воспользоваться ГИП для получения практически 100-процентной сплошности. Компания нацелена на быстрое расширение серийного производства в различных отраслях, включая производство нержавеющей стали, инструментальной стали, керамики и т. д., что соответствует ее стратегическим целям на 2024 год.