3D打印粉末流动的重要性

在这次采访中，AZoM采访了ExOne公司的研发总监Andrew Klein，谈论了3D打印中粉末流动的重要性。

您可以简要介绍它提供的Exone和AM技术吗？

ExOne公司(ExOne)成立于2005年，作为Extrude Hone Corporation的子公司，是粘合剂喷射技术的全球领导者。我们提供3D打印机、打印产品和相关服务，帮助企业在现有的制造业务中开发和集成3D打印。1996年，我们获得了麻省理工学院(Massachusetts Institute of Technology)为金属和砂型零件开发的3DP(三维打印)工艺的许可证。从那时起，我们开发和商业化了系统和材料，以最优地满足汽车、航空航天、重工业和能源部门的应用。亚博网站下载印刷砂，陶瓷和金属粉末是我们的核心专业领域。

图片致谢:ExOne

您能解释粘合剂喷射技术如何工作，突出显示它特别有用的应用程序吗？

在粘合剂喷射中，使用液体粘合剂来选择性地加入粉末颗粒，层层。yabo214该过程始于薄薄的粉末的扩散，然后将打印头策略性地将粘合剂储存到粉末床中 - 就像纸上的喷墨印刷一样 - 随后降低作业盒，并将另一层粉末涂布。粉末和粘合剂的渐进式分层构建完整部分，未使用的粉末（约95％）再循环。

粘合剂喷射可用于印刷各种材料，包括许多不同的金属，砂和陶瓷。亚博网站下载砂型铸件不需要进一步加工，但金属结构通常是固化和烧结的，就像金属注射成型(MIM)。补充材料的渗透和/或热等规压也可用于交付具有所需性能的成品部件。

与其他AM技术一样，粘合剂喷射对于较低的生产体积特别具有成本效益。例如，以每年约1,000,000份的速率生产小型复杂的组分，MIM通常是最便宜的选择，但对于较低的体积，在每年20万份或更低的区域中，模具的成本将优势摆动到粘合剂喷射。然而，与任何部分一样，确切的生产量将依赖于应用。

就其独特的优点而言，粘结剂喷射在施工过程中不使用热量熔化或焊接粒子，避免了残余应力的积聚和任何后续释放它们的要求。yabo214此外，显影部分是由松散的粉末支持，否定了任何要求从构建板上删除部件。扩展速度通常优于替代AM流程，使整体构建速度极具竞争力。这些优点加上打印非常大的物体的灵活性，使粘合剂喷射成为许多AM应用的最佳选择。

您使用哪些类型的金属粉末以及定义其性能的物业？

从历史上看，3D打印用于“形式和适合”，主要用于原型设计。随着过渡到工业生产使用中，所用的金属粉末已变得更加仔细审查。我们有合格的材料用于各种行业，初始焦亚博网站下载点是不锈钢，我们继续开发更多。我们经常使用的其他金属是工具钢，铜，Inconel和Tungsten。

粒度分布是衡量AM金属粉末的重要指标，特别是与烧结性能相关的指标。向更细的粉末移动降低了达到一定烧结密度所需的温度和时间，降低了塌陷和尺寸完整性损失的机会。通过扫描电镜(SEM)量化的粒子形态和粘合剂相容性也很关键，我们通过将已知体积的粘合剂添加到粉末样品中，观察其下沉需要多长时间，然后测试固化性能来评估粘合剂的兼容性。

然而，通过单独的这些属性，我们不可能确定粉末是否会良好打印。这是至关重要的，因为除了定义合格材料的强大规范，我们还经常面对与客户在新材料上工作的挑战。亚博网站下载我们需要能够回答这个问题“我可以用这种粉末打印吗？”包括与我们的其他特征技术一起粉末测试允许我们自信地这样做。

你们使用什么粉末测试技术，为什么?

我们使用来自Freeman技术的FT4粉末流变仪，我们现在已经使用了几年，我们使用它来评估使用的每种粉末。FT4的独特景点是它测量动态，剪切和散装粉末属性，实际上，所有三种类型的指标都形成了我们的日常屏幕。

在动态参数方面，我们测量基本流动性能量（BFE），稳定性和流量指数（FRI）;这些都是由单个测试协议生成的。BFE是测量的流动能量，因为仪器的叶轮通过粉末样品行驶。稳定性测试涉及在相同条件下重复BFE的测量 - 所以它提供了粉末是多么稳健的指示 - 而通过以不同的叶轮速度测量BFE来确定FRI。使用仪器的剪切电池功能和压缩性和渗透性的块状性能来测量内聚和壁摩擦角。

如何使用粉末测试数据?你能确定它带来的任何特别的好处吗?

通过将打印性能与粉末测试数据相关联，我们已经开发了一种性能良好的粉末健壮的规范。如果我们正在考虑一个新的供应商或客户给我们带来一种新的粉末来打印，那么我们可以非常自信地确定它是否会工作，如果是，如何处理它，仅仅从测试数据。没有FT4，这是不可能的。随着每一种新的粉末都被添加到数据库中，这些相关性会不断被改进，但它们很少不保持。我们现在有一个高效的测试系统，节省了我们大量的时间和精力。

益处的良好说明来自一个项目，以确定316L材料的替代供应。我们经常购买金属粉末来提供零件印刷服务，并确定了较低的316L粉末供应，以降低成本。两种粉末的粒度分布基本相同 - DV50为15.8c.f16.1μm，DV10和DV90的相当差异 - 与形态一样。用新粉末印花最初产生良好的效果，但随后用再循环粉末，质量减少。我们剥掉了机器，再次开始，但同样的事情发生了。

用FT4进行测试表明，两种粉末的稳定性显着不同。原始粉末具有1.03的稳定性，这意味着流动性能与重复测试基本不变，而新电源的流动性能为1.52。FT4可以检测粉末，其不充分地通过再循环过程保留一致的流动性能。基于该结果和其他粉末测试，稳定值1.2现在标志着可接受性的上限，从而在处理之前检测到这种方式失败的粉末。

图片致谢:ExOne

扩展Exone AM技术应用的主要挑战是什么？

我想说的是，对粘结剂喷射优点的欣赏正在增长，所以有倾向于使用它。除了之前发布的316L和17-4PH，我们最近在我们的系列中增加了第三种合格的不锈钢——304L，我们正在努力引进更多的材料。亚博网站下载FT4将在帮助我们做到这一点方面发挥重要作用，而在其他项目中，我们必须确保流程性能的健壮性。当前的话题是湿度的影响。FT4帮助我们了解湿度如何影响粉末性能，并延伸到工艺性能。

展望未来，我认为binder jetting有一个非常光明的未来。近年来，人们对3D打印技术的理解已经相当成熟。它现在是一种成功的工业制造技术，人们对它的好处有了更深刻的理解，相反，它不会那么容易地与现有的工业流程竞争。通过为客户提供专业的技术支持和先进的技术，我们可以确保粘合剂喷射与其他制造技术一起占据最佳位置。

注意：条款3D打印和添加剂制造（AM）主要在业内互换使用，并在本文中。

关于Andrew Klein.

Andrew Klein是Exone的研发主任。在这一角色中，他为Exone的打印机开发了高密度烧结金属，并导致公司的金属研发团队等努力。

安德鲁在卡内基梅隆大学(Carnegie Mellon University)学习机械工程，他在那里进行机器人研究，重点是机器学习。他还获得了Bucknell University的机械工程学士学位。