Струйное нанесение связующего (Binder Jetting)

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого

Институт машиностроения, материалов и транспорта

Научно-образовательный центр "Конструкционные и функциональные материалы"

КУРСОВАЯ РАБОТА ПО ДИСЦИПЛИНЕ: «ВВЕДЕНИЕ В АДДИТИВНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ»

ТЕМА РАБОТЫ: «СТРУЙНОЕ НАНЕСЕНИЕ СВЯЗУЮЩЕГО (BINDER JETTING)»

по направлению 22.04.01 – Материаловедение и технологии материалов

по образовательной программе

22.04.01-10 - Материалы и технологические процессы аддитивного производства

Санкт-Петербург

2022

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ        2

1        ОБЩАЯ ЧАСТЬ        3

1.1        Историческая справка        3

2        ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ        4

2.1 Терминология        4

2.2 Виды технологии        6

    2.2.1Технология струйного нанесения связующего (Binder Jetting)        6

2.2.2 Полноцветная печать (ColoredJet Print (CJP))        8

2.2.3 Струйное нанесение связующего на металл (Single Pass Jetting (SPJ))        12

2.3 Материалы        14

2.3.1 Керамика        14

2.3.2 Металлы        15

2.3.3 Биоматериалы        17

2.3.4 Полимеры        18

2.3.5 Песок        18

2.4 Постобработка        19

2.4.1 Удаление порошка        19

2.4.2 Очищение и спекание        20

2.4.3 Инфильтрация        23

ЗАКЛЮЧЕНИЕ        25

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК        26

ВВЕДЕНИЕ

Аддитивные технологии (от английского Additive Fabrication) – обобщенное название технологий, предполагающих изготовление изделия по данным цифровой модели (или CAD-модели) методом послойного добавления (add, англ. – добавлять, отсюда и название) материала.

Аддитивные технологии охватывают все новые сферы деятельности человека. Дизайнеры, архитекторы, археологи, палеонтологи и представители других профессий используют 3D-принтеры для реализации различных идей и проектов. Активно создаются роботизированные комплексы для «печати» быстротвердеющими бетонными смесями.

Технология струйной печати посредством нанесения порошка и склеивания его связующим веществом BJ (Binder Jetting) разработана специально для производства литейных форм для высокотехнологичных средне и крупноразмерных изделий, таких как блок цилиндров и головка блока цилиндров двигателя внутреннего сгорания для судостроения, автомобилестроения, тепловозостроения и т.д.

Технология Binder Jetting в настоящее время нашла немногочисленный ряд последователей, каждый из которых добавляет собственные нововведения в подготовку производства и сам технологический процесс, совершенствуя конечный бизнес-результат.

В данном курсовом проекте мы познакомимся с историей создания технологического процесса струйного нанесения связующего вещества, освятим основные технологические решения, физические и химические процессы на которых базируется данный процесс, принципиальные различия, преимущества и недостатки разных вариантов технологических решений, а так же области применения процесса струйного нанесения связующего вещества.

1. ОБЩАЯ ЧАСТЬ

1. Историческая справка

Технология струйного нанесения связующего была первоначально разработана в Массачусетском технологическом институте (MIT) и запатентована в 1993 году Эмануэлем Саксом, который разработал процесс с использованием порошка типа гипса и связующего глицерина / воды, нанесенного с помощью термопузырчатых струйных печатающих головок.

Технология была коммерциализирована компанией Z Corporation, которая добавила возможность полноцветной печати на свою платформу и назвала технологию “3D-print”.

Технология для создания прототипов включала архитектуру и проектирование машин; однако, также проводились исследования в области печати металлическим порошком. Поскольку детали Z-Corp имели ограниченную структурную целостность, методы повышения прочности включали погружение деталей в отвердитель для древесины или другие смолы с низкой вязкостью, которые затем проникали в детали с помощью капиллярных сил.