Công nghệ in phun kết dính (Binder Jet) là gì?

In phun kết dính ( binder jetting) là gì?

In phun kết dính (BJ) là một công nghệ in 3D tương đối mới. Máy in 3D BJ sử dụng bột, được liên kết với nhau bằng chất kết dính lỏng để tạo ra các chi tiết rắn. Có thể xem BJ như một sự kết hợp giữa SLS và phun vật liệu.

Công nghệ in kết dính màu 3dhub

Cách vận hành:

Các thành phần chính của máy in 3D là thùng đựng bột, (nhiều) đầu in, nền tảng xây dựng, thùng chứa vật liệu và máy trải bột.

Trước khi quá trình in 3D BJ bắt đầu, vật liệu phải được nạp vào thùng bột, giống như trong SLS. Nhưng  không giống như SLS ở việc bột này không được làm nóng. Trong toàn bộ quá trình in 3D, nhiệt không liên quan.

Nguyên lý hoạt động của in phun kết dính

Quy trình bắt đầu với một lớp bột duy nhất được đặt trên tấm nền. Các đầu in sau đó quét qua bột, phun các giọt chất chọn lọc của chất kết dính.

Cách tốt nhất để hiểu tác nhân kết dính là nghĩ về nó như một chất keo cho các hạt bột. Khi các giọt tiếp xúc với bột, các hạt hợp nhất với nhau và tạo thành một chất rắn.

Khi toàn bộ lớp đầu tiên của thiết kế đã được hợp nhất với tác nhân kết dính, tấm nền sẽ di chuyển xuống một đoạn, một lớp bột mới được tráng qua và quá trình được lặp lại cho đến khi chi tiết đó được hoàn thành.

Khi hoàn thành, chi tiết bị bao phủ hoàn toàn trong bột.

Sau khi in:

Sau khi quá trình in kết thúc, các chi tiết được phủ trong bột để cung cấp cho bộ phận sự hỗ trợ cấu trúc trong khi chúng hồi lại.

Sau quá trình trên, các bộ phận được tách ra khỏi bột bằng cách sử dụng khí nén. Các bộ phận được tạo ra bằng in phun kết dính (BJ) có thể được xử lý hậu kỳ bằng cách sử dụng một hay nhiều kỹ thuật khác nhau.

Vật liệu dùng cho in kết dính (BJ):

Điều làm cho BJ nổi bật so với SLS là thực tế là 100% bột có thể được tái chế.

Các bộ phận được thực hiện bằng cách sử dụng bột cát hoặc kim loại.

Việc quyết định sử dụng loại bột nào là tùy thuộc vào người dùng và phụ thuộc nhiều vào ứng dụng của bộ phận.

In phun kết dính kim loại (Metal BJ):

Bên cạnh SLM và DMLS, in 3D kim loại còn có thể thực hiện bằng in phun kết dính.

• Vật liệu dùng trong in phun kết dính kim loại (MBJ):

Vật liệu khác nhau có thể được sử dụng cho kim loại BJ. Thép không gỉ chứa đồng hoặc thiêu kết cũng như hợp kim inconel thiêu kết là một trong những vật liệu phổ biến.

• Ứng dụng:

MBJ chủ yếu được sử dụng để sản xuất các bộ phận kim loại phức tạp, với mức giá thấp hơn SLM hoặc DMLS. Đây có thể là các bộ phận sử dụng cuối hoặc như các nguyên mẫu cao cấp.

• Hậu xử lý:

So với SLM và DMLS, các bộ phận kim loại được chế tạo bằng BJ có tính chất cơ học yếu hơn. Để tăng cường sức bền, cần phải có các quy trình hậu xử lý. Hai kỹ thuật chính là thẩm thấu và thiêu kết, sau đó các kỹ thuật hậu xử lý tiêu chuẩn có thể hoặc không cần áp dụng.

• Kĩ thuật thẩm thấu:

Sau khi các bộ phận đã được in, để chúng lại một vài giờ bên trong bột để quá trình đóng rắn có thể hoàn thành. Sau đó, các bộ phận được đưa vào lò nung, nơi chúng được nung nóng để loại bỏ chất kết dính.

Để cải thiện tính chất cơ học của một bộ phận, các kim loại có điểm nóng chảy thấp thường được đổ vào các lỗ rỗng bằng quy trình mao quản. Kết quả là sự gia tăng mật độ và sức bền của bộ phận. Kim loại phổ biến nhất được sử dụng để thẩm thấu là đồng.

• Kĩ thuật thêu kết:

Sau quá trình hồi sau khi in thông thường, các bộ phận được tiếp xúc với nhiệt độ cao hơn trong lò. Điều này bắt đầu thiêu kết, làm tăng mật độ của chi tiết và sức bền.

• Hậu xử lý kim loại tiêu chuẩn:

Bên cạnh sự thẩm thấu và thiêu kết, các kỹ thuật hậu xử lý kim loại tiêu chuẩn có thể được áp dụng cho các bộ phận kim loại làm bằng BJ, nhưng chỉ khi các bộ phận này đã qua quy trình thẩm thấu hoặc thiêu kết.

In phun kết dính cát (sand binder jetting):

SBJ là một công nghệ in 3D quan trọng, vì nó cho phép sản xuất các mô hình đầy màu sắc tuyệt đẹp, nhưng quan trọng hơn là khuôn cát. SBJ là một kỹ thuật sản xuất thực sự tuyệt vời có khả năng chế tạo các chi tiết có hình dạng phức tạp, chi phí thấp, đặc biệt là khuôn dùng để đúc.

Nhìn chung, in 3D bằng cát rẻ hơn so với kim loại BJ.

• Vật liệu dùng cho in SBJ:

Bên cạnh tác nhân chất kết dính lỏng, SBJ thường sử dụng đá sa thạch hoặc cát nhân tạo, thường được gọi là cát silic. Ngoài hai vật liệu này, bùn cát còn có tác dụng với bột PMMA( thủy tinh hữu cơ) dựa trên đá sa thạch. Bột PMMA chủ yếu được sử dụng để tạo ra các mô hình đầy màu sắc trực quan tuyệt đẹp.

 

• Ứng dụng:

SBJ chủ yếu được sử dụng để sản xuất khuôn mẫu chi tiết và mô hình nhiều màu sắc. Các máy in 3D tương ứng thường chứa một vài đầu in thêm.

Chất kết dính và màu sắc yêu cầu các đầu in riêng biệt, hoạt động bằng tay. Đầu tiên, chất kết dính được phun vào tấm xây nền, nơi bột được trải sẵn. Sau đó, giọt màu ngay lập tức được cho vào.

• Hậu sử lý:

Sau khi các bộ phận đã được in, họ đã đào ra và làm sạch. Bởi vì không cần hậu xử lý bổ sung cho các bộ phận được làm bằng cát BJ, quá trình này thể hiện một kỹ thuật làm khuôn cực kỳ hiệu quả.

Như đã đề cập ở trên, BJ cát cũng được sử dụng trong sản xuất mô hình đầy màu sắc. Mặc dù không cần hậu xử lý các bộ phận như vậy, nhưng nó có thể tăng cường sự sinh động bằng cách sử dụng lớp phủ epoxy.

• Ưu & nhược điểm:

Ưu điểm:

Như đã thảo luận ở trên, BJ tương tự như SLS nhưng không sử dụng tia laser để thiêu kết bột. Điều này có nghĩa là không có nhiệt độ cao trong quá trình in.

Một trong những vấn đề lớn nhất với hầu hết mọi công nghệ in 3D là các rối loạn do nhiệt xảy ra trong quá trình in, chẳng hạn như cong vênh. Vì không có nhiệt trong quy trình BJ, các rối loạn do nhiệt không xuất hiện.

Điều này cho phép in các chi tiết lớn hơn, vì ở đó, không phải lo lắng rằng diện tích mặt cắt lớn hơn sẽ khiến bản in bị lỗi. Trên thực tế, máy in 3D BJ được biết đến với kích thước lớn.

Vật liệu cho BJ thường không đắt, với vật liệu giống như cát rẻ hơn bột kim loại.

Việc sản xuất hiệu quả chi phí cho các bộ phận có hình dạng phức tạp có được là nhờ vào khả năng làm việc mà không cần vật liệu hỗ trợ. Khi các bộ phận được xây dựng bên trong bột, bản thân bột đóng vai trò là vật liệu hỗ trợ. Lợi ích này cũng có mặt trong SLS, vì hai công nghệ có chung điểm tương đồng này.

Một lợi ích tuyệt vời khác của BJ, làm tăng thêm hiệu quả chi phí, đó là bột không sử dụng có thể tái chế 100%, giúp giảm chất thải và do đó giảm chi phí sản xuất mỗi bộ phận.

Nhược điểm:

Tính chất cơ học kém của các bộ phận là hạn chế lớn nhất của BJ. Trong trường hợp của các mô hình đầy màu sắc, cường độ cấu trúc không quan trọng lắm, vì các mô hình này chủ yếu được sử dụng làm mẫu trực quan. Trong khi đó, nếu mục tiêu là tạo ra các bộ phận chức năng thông qua BJ, chắc chắn sẽ cần đầu tư vào một số hậu xử lý để tăng cường sức bền của bộ phận.

Hạn chế khác là sự lựa chọn vật liệu tương đối tối thiểu. Mặc dù có một vài lựa chọn, các công nghệ in 3D khác cung cấp nhiều loại vật liệu hơn so với BJ.