ExOne公司（ExOne）成立于2005年，作為Extrude Hone Corporation的衍生公司，是粘合劑噴射技術(shù)的全球領(lǐng)導(dǎo)者。該公司提供3D打印機(jī)、打印產(chǎn)品和相關(guān)服務(wù)，以幫助公司在現(xiàn)有制造業(yè)務(wù)中利用和集成3D打印。1996年，該公司獲得麻省理工學(xué)院（麻省理工學(xué)院）開發(fā)的金屬和沙子部件3DP（3D打?。┕に囋S可證。從那時(shí)起，該司開發(fā)并商業(yè)化了系統(tǒng)和材料，以最佳地滿足汽車，航空航天，重工業(yè)和能源領(lǐng)域的應(yīng)用。使用沙子，陶瓷和金屬粉末進(jìn)行打印是他們的核心專業(yè)領(lǐng)域。
而在這次訪談中，ExOne公司研發(fā)總監(jiān)Andrew Klein跟大家講述了粉末流動(dòng)在3D打印中的重要性。
您能解釋一下粘合劑噴射技術(shù)是如何工作的，主要的應(yīng)用領(lǐng)域有哪些？
在粘合劑噴射中，液體粘合劑用于逐層選擇性地連接粉末顆粒。該過程始于薄層粉末的擴(kuò)散，打印頭然后策略性地將粘合劑液滴沉積到粉末床中 - 就像在紙上噴墨打印一樣 - 工作箱隨后降低，并且另一層粉末被涂抹。粉末和粘合劑的逐步分層構(gòu)成了完整的部分，未使用的粉末（約95％）被回收。
粘合劑噴射可用于打印各種材料，包括許多不同的金屬，沙子和陶瓷。砂型鑄件不需要進(jìn)一步加工，但金屬結(jié)構(gòu)通常固化和燒結(jié)，如金屬注射成型（MIM）。用互補(bǔ)材料滲透和/或熱等規(guī)壓制也可用于輸送具有所需性能的成品部件。
與其他AM技術(shù)一樣，粘合劑噴射對于降低產(chǎn)量尤其具有成本效益。例如，為了以每年約1,000,000份的速度生產(chǎn)小而復(fù)雜的部件，MIM通常是最便宜的選擇，但是對于較低的體積，在每年200,000份或更少的地方，模具的成本將優(yōu)勢擴(kuò)展到粘合劑噴射。但是，與任何部件一樣，確切的生產(chǎn)量將取決于應(yīng)用程序。
就獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)而言，粘合劑噴射在施工期間不會(huì)使用熱量來熔化或焊接顆粒，從而避免殘余應(yīng)力的累積以及隨后釋放它們的任何要求。此外，顯影部件由松散的粉末支撐，從而無需從構(gòu)建板上移除部件。擴(kuò)展速度通常優(yōu)于替代AM工藝的速度，使整體構(gòu)建速度具有很強(qiáng)的競爭力。這些優(yōu)點(diǎn)加上可以靈活地打印非常大的物體，使得粘合劑噴射成為許多AM應(yīng)用的最佳選擇。
您使用哪種類型的金屬粉末以及哪些屬性可以定義其性能？
從歷史上看，3D打印用于“形狀和適合”，主要用于原型設(shè)計(jì)。隨著向工業(yè)生產(chǎn)的轉(zhuǎn)變，使用的金屬粉末已經(jīng)受到更嚴(yán)格的審查。我們擁有適用于各種行業(yè)的合格材料，我們最初的重點(diǎn)是不銹鋼，我們將繼續(xù)開發(fā)更多。我們經(jīng)常使用的其他金屬是工具鋼，銅，鉻鎳鐵合金和鎢。
粒度分布是AM金屬粉末的重要度量，特別是在燒結(jié)性能方面。轉(zhuǎn)向更細(xì)的粉末可以降低達(dá)到一定燒結(jié)密度所需的溫度和時(shí)間，降低坍落的機(jī)會(huì)和尺寸完整性的損失。通過SEM定量的顆粒形態(tài)也是關(guān)鍵的，因?yàn)檎澈蟿┫嗳菪晕覀兺ㄟ^向粉末樣品中添加已知體積的粘合劑，觀察沉入其中所需的時(shí)間，然后測試固化性能來評估。
但是，僅憑這些特性，我們無法確定粉末是否能很好地打印。這一點(diǎn)至關(guān)重要，因?yàn)槌藶楹细癫牧隙x穩(wěn)健的規(guī)格外，我們還經(jīng)常面臨與客戶合作開發(fā)新材料的挑戰(zhàn)。我們需要能夠回答“我能用這種粉末打印嗎？”這一問題。包括粉末測試和我們的其他表征技術(shù)使我們可以放心地這樣做。
您使用什么粉末測試技術(shù)？為什么？
我們使用Freeman Technology的FT4粉末流變儀，我們已經(jīng)使用了幾年，我們用它來評估所用的每種粉末。 FT4的獨(dú)特之處在于它可以測量動(dòng)態(tài)，剪切和散裝粉末特性，事實(shí)上，這三種類型的指標(biāo)構(gòu)成了我們的常規(guī)屏幕。
在動(dòng)態(tài)參數(shù)方面，我們測量基本流動(dòng)能量（BFE），穩(wěn)定性和流量指數(shù)（FRI）;這些都是由單一測試協(xié)議生成的。 BFE是當(dāng)儀器的葉輪向下穿過粉末樣品時(shí)測量的流動(dòng)能量。穩(wěn)定性測試包括在相同條件下重復(fù)測量BFE - 因此它提供了粉末穩(wěn)定性的指示 - 而FRI是通過在不同葉輪速度下測量BFE來確定的。我們使用儀器的剪切單元功能和可壓縮性和滲透性的整體性質(zhì)來測量內(nèi)聚力和壁摩擦角。
如何使用粉末測試數(shù)據(jù)？您能否確定它提供的任何特定好處？
通過將打印性能與粉末測試數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)，我們開發(fā)了一種性能良好的粉末規(guī)格。如果我們正在考慮新的供應(yīng)商或客戶為我們帶來了新的粉末打印，那么我們可以高度自信地確定它是否有效，如果是，如何處理它，只需從測試數(shù)據(jù)中獲得。沒有FT4，這是不可能的。這些相關(guān)性需要不斷改進(jìn)，每種新粉末都會(huì)添加到數(shù)據(jù)庫中，但是它們很少能夠保留。我們現(xiàn)在擁有一個(gè)高效的測試系統(tǒng)，為我們節(jié)省了大量的時(shí)間和精力。
一個(gè)很好的例證來自一個(gè)確定316L材料替代供應(yīng)的項(xiàng)目。我們經(jīng)常購買金屬粉末以提供零件打印服務(wù)，并確定了一種價(jià)格低得多的316L粉末供應(yīng)，以降低成本。兩種粉末的粒度分布基本相同--Dv50為15.8c.f16.1μm，Dv10和Dv90的差異與形態(tài)相似。使用新粉末進(jìn)行打印最初產(chǎn)生了良好的效果，但在隨后的回收粉末運(yùn)行中，質(zhì)量下降。我們剝離了機(jī)器，再次啟動(dòng)，但同樣的事情發(fā)生了。
用FT4測試顯示兩種粉末的穩(wěn)定性顯著不同。原始粉末的穩(wěn)定性為1.03，這意味著重復(fù)測試時(shí)流動(dòng)性質(zhì)基本不變，而新供應(yīng)的粉末則為1.52。 FT4可以檢測不夠穩(wěn)固的粉末，以通過回收過程保持一致的流動(dòng)性。基于該結(jié)果和其他粉末測試，1.2的穩(wěn)定性值現(xiàn)在標(biāo)記了可接受性的上限，因此在加工之前檢測將以這種方式失效的粉末。
擴(kuò)展ExOne AM技術(shù)應(yīng)用的主要挑戰(zhàn)是什么？
我想說，對粘合劑噴射的優(yōu)點(diǎn)的理解正在增長，因此傾向于使用它。我們最近在我們的產(chǎn)品系列中添加了第三種合格的不銹鋼 - 304L，以及之前發(fā)布的316L和17-4PH - 我們正在努力引進(jìn)其他材料。 FT4將在幫助我們實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)方面發(fā)揮重要作用，而在其他項(xiàng)目中，我們必須確保流程性能的穩(wěn)健性。目前的主題是濕度的影響。 FT4幫助我們了解濕度如何影響粉末特性以及延長工藝性能。
展望未來，我認(rèn)為粘合劑噴射具有非常光明的前景。近年來，對3D打印的理解已經(jīng)相當(dāng)成熟。它現(xiàn)在是一種成功的工業(yè)制造技術(shù)，對它的好處有了更多的了解，相反，它不容易與現(xiàn)有的工業(yè)過程競爭。通過為客戶提供專家支持和先進(jìn)技術(shù)，我們可以確保粘合劑噴射與其他制造技術(shù)一起處于最佳位置。
注意：術(shù)語3D打印和增材制造（AM）在很大程度上可以在行業(yè)中互換使用，并且已經(jīng)出現(xiàn)在本文中。
關(guān)于Andrew Klein
Andrew Klein是ExOne的研發(fā)總監(jiān)。在此職位上，他為ExOne的打印機(jī)開發(fā)了高密度燒結(jié)金屬，并領(lǐng)導(dǎo)公司的金屬研發(fā)團(tuán)隊(duì)，以及其他工作。
Andrew在卡內(nèi)基梅隆大學(xué)（Carnegie Mellon University）學(xué)習(xí)機(jī)械工程，在那里他從事機(jī)器人技術(shù)研究，專注于機(jī)器學(xué)習(xí)。他還獲得巴克內(nèi)爾大學(xué)機(jī)械工程學(xué)士學(xué)位。
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