“바인더 분사 (binder jetting)”및 “드롭 – 온 – 파우더 (drop-on-powder)”또는 단순히 “3D 프린팅”(3DP)으로 다양하게 알려진 파우더 베드 및 잉크젯 3D 인쇄는 다음과 같은 디지털 데이터로 기술되는 대상을 만들기위한 신속한 프로토 타이핑 및 부가 제조 기술입니다. CAD 파일.

역사
이 기술은 1993 년 매사추세츠 공과 대학에서 처음 개발되었으며 1995 년에 Z Corporation은 독점 라이센스를 취득했습니다. “삼차원 인쇄”라는 용어는 동일 상표로 등록되었습니다.

기술
다른 많은 첨가제 제조 공정에서와 같이, 인쇄 될 부분은 3D 모델의 많은 얇은 단면으로부터 구성됩니다. 잉크젯 프린트 헤드는 분말 베드를 가로 질러 이동하여 선택적으로 액체 결합 물질을 증착시킨다. 얇은 층의 파우더가 완성 된 부분에 걸쳐 펼쳐지며, 각 층이 마지막 부분에 달라 붙어서 과정이 반복됩니다.

모델이 완성되면 언 바운드 파우더는 “파우더 제거 (de-powdering)”과정에서 자동 및 / 또는 수동으로 제거되고 어느 정도 재사용 될 수 있습니다.

탈 분말 된 부분은 선택적으로 다양한 침투제 또는 다른 처리를 받아 최종 부품에서 요구되는 특성을 생성 할 수있다.

과학 기술
3D 인쇄에서는 공작물이 한 층씩 만들어집니다. 3D 데이터 (예 : CAD 데이터)는 각 개별 레이어에 대해 생성 될 형상을 계산하는 데 사용됩니다. 3D 인쇄에서 분말 또는 과립 층이 높이 조절 식 테이블에 적용되고 공작물에 속한 지점에서 바인더를 사용하여 접착됩니다. 이는 기존 잉크젯 프린터 인 잉크 대신 바인더를 사용하는 프린트 헤드 사용과 비슷합니다. 이어서, 테이블을 한 층 두께만큼 낮추고 새로운 분말 층을 적용한다. 이것은 공작물이 완전히 형성 될 때까지 반복되며, 이는 주변 분말에 의해 완전히 감추어집니다. 그 후, 상청액 파우더는 추가 사용을 위해 반송되고, 공작물은 프린터로부터 제거되어 분말 잔류 물을 제거한다.

따라서 공정 원리는 금속 분말이 레이저에 의해 국부적으로 용융되는 선택적 레이저 용융과 유사하다.

기재
최초의 구현에서, 전분 및 석고 석고가 분말 베드를 채우고, 액체 “바인더”는 석고를 활성화시키기위한 물이된다. 바인더에는 염료 (컬러 인쇄용) 및 점도, 표면 장력 및 비등점을 조정하여 프린트 헤드 사양과 일치시키는 것도 포함됩니다. 생성 된 석고 부품은 일반적으로 “그린 강도”가 부족하며 정기적 인 취급 전에 녹은 왁스, 시아 노 아크릴 레이트 접착제, 에폭시 등의 침투가 필요합니다.

반드시 종래의 잉크젯 기술을 사용하는 것은 아니지만, 화학적 또는 기계적 수단에 의해 물체를 형성하기 위해 다양한 다른 분말 – 결합제 조합이 전개 될 수있다. 그 결과 생성 된 부품은 침투 또는 베이크 아웃과 같은 상이한 후 처리 체제에 종속 될 수 있습니다. 이는 예를 들어, 기계적 결합제를 제거 (예 : 연소에 의해)하고 코어 물질을 (예를 들어 용융에 의해) 압밀 화하거나, 분말 및 결합제의 특성을 블렌딩하는 복합체를 형성하기 위해 수행 될 수있다. 재료에 따라 풀 컬러 인쇄가 옵션 일 수도 있고 아닐 수도 있습니다. 2014 년 현재 발명가와 제조업체는 모래와 탄산 칼슘 (합성 대리석을 형성), 아크릴 파우더와 시아 노 아크릴 레이트, 세라믹 파우더 및 액체 바인더, 설탕과 물 (캔디 제조용) 등으로부터 물체를 형성하는 시스템을 개발했습니다. Graphene의 사용을 통합 한 최초의 상용 제품은 파우더 베드 잉크젯 헤드 3D 인쇄에 사용되는 분말 합성물입니다.

3D 인쇄 기술은 단일 빌드에서 재료 특성을 변경할 가능성이 제한되어 있지만 일반적으로 공통 핵심 재료의 사용으로 제한됩니다. 원래 Z Corporation 시스템에서 횡단면은 일반적으로 솔리드 외곽선 (솔리드 셸을 형성)과 저밀도 내부 패턴으로 인쇄되어 인쇄 속도를 높이고 부품이 경화되면서 치수 안정성을 보장합니다.

형질
여러 인쇄 헤드와 컬러 바인더를 사용하여 체적 색상 외에도 3D 인쇄 프로세스는 일반적으로 100 % 빌드 및지지 소재가 원하는 해상도로 증착되어야하는 융착 모델링 소재 분사와 같은 다른 첨가제 제조 기술보다 빠릅니다 . 3D 프린팅에서 복잡성에 관계없이 각 인쇄 된 레이어의 대부분은 똑같은 빠른 확산 과정에 의해 증착됩니다.

다른 파우더 베드 기술과 마찬가지로 루스 파우더는 돌출 된 피쳐와 쌓인 또는 매달아 진 물체를 지원하기 때문에 일반적으로지지 구조물이 필요하지 않습니다. 인쇄 된지지 구조를 없앰으로써 건축 시간과 재료 사용을 줄이고 장비와 후 처리를 단순화 할 수 있습니다. 그러나 자체 파우더 제거는 섬세하고 지저분하고 시간 소모적 인 작업이 될 수 있습니다. 따라서 일부 기계는 분진 및 분말 재활용을 어느 정도까지 자동화 할 수 있습니다. 건축 볼륨 전체가 분말로 채워지기 때문에, 광 조형 기술과 같이 중공 부품을 대피시키는 수단을 설계에 수용해야합니다.

다른 분말상 공정과 마찬가지로 표면 마감 및 정확도, 물체 밀도 및 재료 및 공정 부분 강도에 따라 광 조형 (SLA) 또는 선택적 레이저 소결 (SLS)과 같은 기술보다 열등한 경우가 있습니다. “계단식 스테핑 (stair-stepping)”및 비대칭 차원 특성은 대부분의 다른 적층형 제조 프로세스와 마찬가지로 3D 인쇄의 특징이지만 일반적으로 3D 인쇄 재료는 수직 및 평면 해상도의 차이를 최소화하는 방식으로 통합됩니다. 이 프로세스는 또한 교차점 솔리드 및 기타 데이터 아티팩트를 수용 할 수있는 빠른 프로세스 인 대상 해상도에서 레이어를 래스터 화하는 데 적합합니다.

파우더 베드와 잉크젯 3D 프린터는 일반적으로 $ 50,000 ~ $ 2,000,000의 가격에 판매되지만 소비자 FDM 프린터를 파우더 / 잉크젯 프린터로 변환하는 취미 용품 DIY 키트가 $ 800에서 판매됩니다.

장점과 단점
이론적으로 모든 재료는 바인더에 붙일 수있는 한 사용할 수 있습니다. 특히 의약품과 같은 식품이나 온도에 민감한 물질을 처리 할 수 ​​있습니다. 또한 하나의 공작물 내에 다른 바인더를 사용하여 기계적 특성이 다른 영역을 만들 수 있습니다. 바인더로서 수많은 물질이 사용될 수 있습니다. 예를 들어, 물, 합성수지 또는 살아있는 세포에 기초한 것들. 원칙적으로, 모든 층에서 분말이 동일 할 필요는 없습니다.

또한 Binder Jetting은 레이저 소결과 마찬가지로 생산 공정 중에 파우더에 의해 공작물이 운반되기 때문에지지 소재가 필요하지 않습니다.

그러나 3D 인쇄는 매우 강력한 소재를 제공하지 않습니다. 특히 금속을 재료로 사용하는 경우, 후속 적으로 바인더에서 작업 물을 제거하고 소결하여 충분한 강도를 확보해야합니다. 이로 인해 수축이 발생하여 최종 형상을 미리 설정할 수 없지만 기본적으로 충분한 경험으로 관리 할 수 ​​있습니다.