粘结剂喷射(Binder Jetting,行业内也常简称 3DP)是目前砂型快速成型最主流的工艺路线。它的核心思路只有一句话:用喷头代替模具,把粘结剂一滴滴打在砂床上。
一、工艺四步走
第一步:铺砂
供砂系统把预先混好的干砂均匀铺成一薄层,厚度即“分层厚度”,通常在 0.2–0.5 mm 区间可调。薄层带来更细腻的表面和更高精度,但打印时间更长;厚层则反之。实际生产中会按铸件要求做折中。
第二步:选择性喷射
打印头按当前层的二维截面数据,在指定区域喷射粘结剂(砂型常用呋喃树脂、酚醛树脂或无机粘结剂)。被喷射的砂粒在粘结剂作用下相互胶结,形成实体截面;未喷射区域保持松散,天然成为后续支撑。
这也解释了 3D 打印砂型的一个独特优势:无需额外设计支撑结构,干砂本身就是支撑。
第三步:层层叠加
工作平台下降一个层厚,铺砂装置再次铺砂,喷头再喷一层……如此循环。打印完成后,整个工作箱是一个被“埋”在未固化干砂中的完整砂型。
第四步:固化与清砂
取出砂型,让粘结剂充分固化(部分树脂体系需要一定时间自硬),然后清除表面浮砂、起模、修整浇冒口,必要时涂刷耐火涂料。
清出来的干砂经破碎、筛分后可回收再利用,回收率通常可达九成以上。
二、和激光类工艺的区别
| 对比项 | 粘结剂喷射(Binder Jetting) | 激光类(SLS/SLM) |
|---|---|---|
| 能量形式 | 喷头喷射粘结剂 | 激光烧结/熔化 |
| 成型速度 | 快,适合大尺寸 | 受光斑扫描限制 |
| 成本 | 设备与运行成本相对低 | 激光器成本高 |
| 材料 | 型砂、金属粉、陶瓷粉 | 尼龙、金属粉等 |
| 制件强度 | 需后处理(烧结/浸渗) | 金属件接近锻件性能 |
因此在砂型领域,粘结剂喷射是目前公认经济可行的路线之一:砂型不需要很高的最终强度,却需要极大的成型尺寸和极快的节拍。
三、精度从哪里来
打印精度受四个因素主导,选购设备时建议重点核实:
- 喷头分辨率(dpi):决定XY方向的墨滴落点精度;
- 分层厚度:决定Z方向的台阶误差;
- 铺砂均匀性:取决于铺砂机构设计与原砂流动性;
- 粘结剂渗透扩散:墨滴在砂层中的横向扩散会带来尺寸偏差,需要工艺参数补偿。
索利得 PCM 系列通过多年工艺数据积累,把这些偏差做进了工艺包,PCM450 可将砂型尺寸精度稳定控制在 ±0.25 mm,PCM1200 / PCM1800 为 ±0.3 mm,超大型 PCM2500 为 ±0.35 mm。
四、不只是砂:金属与陶瓷的同一条路线
把粘结剂喷射的“砂”换成金属粉末或陶瓷粉末,工艺逻辑完全一致。打印出的“生坯”再经过脱脂 + 烧结(金属件可进一步做渗铜处理),即可得到致密零件。
索利得 BJM460 就是这样一台面向金属与陶瓷的粘结剂喷射设备,成型有效尺寸 460×250×200 mm,打印精度 ±0.15–0.3 mm,层厚可细至 0.03 mm,支持不锈钢、模具钢、铜合金以及碳化硅、碳化硼等材料,配套无机粘结剂 SLD-2。如果您对陶瓷件感兴趣,可以继续看 碳化硅陶瓷3D打印:工艺难点与应用。
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