پرینت سه بعدی بایندر جت ( binder jet) به طور گسترده، سریع‌ترین روش ساخت افزایشی قلمداد می‌شود که برای تولید انبوه قطعات حرفه‌ای دقیق و فوق‌العاده متراکم به کار می‌رود.
در این مقاله، به بررسی اصول پایه‌ای بایندر جت می‌پردازیم و نحوه عملکرد آن را توضیح می‌دهیم. همچنین، مزایا و محدودیت‌های این فناوری را بررسی کرده و نمونه‌هایی از قطعات ساخته‌شده با این روش را معرفی خواهیم کرد. اگر به دنبال درک بهتری از این تکنولوژی پیشرفته هستید و می‌خواهید بدانید چه کاربردهایی دارد، این راهنما را از دست ندهید!
پرینت سه بعدی بایندر جت چیست؟
بایندر جت (Binder Jetting) یکی از فناوری‌های منحصربه‌فرد در دنیای ساخت افزایشی است که با استفاده از تزریق مایع اتصال‌دهنده روی پودرهای مختلف، قطعاتی دقیق و متنوع را تولید می‌کند. این روش به دلیل قابلیت چاپ با فلزات، سرامیک‌ها و مواد کامپوزیتی، کاربرد گسترده‌ای در صنایع مختلف دارد.
در پرینت سه بعدی بایندر جت، یک بایندر به طور انتخابی بر روی یک بستر پودری قرار می‌گیرد و این نواحی را به هم متصل می‌کند تا یک لایه جامد را تشکیل دهند. این فرآیند مشابه چاپ روی کاغذ، طبق نقشه‌ای که فایل دیجیتال طراحی در اختیار آن می‌گذارد، لایه به لایه تکرار می‌شود تا سرانجام محصول مورد نظر کامل شود.
موادی که معمولا در بایندر جتینگ مورد استفاده قرار می گیرند فلزات، ماسه و سرامیک هایی هستند که به صورت دانه‌ای شکل می‌باشند.
بایندر جت در کاربردهای مختلفی از جمله ساخت نمونه‌های اولیه تمام رنگی (مانند مجسمه‌ها)، تولید هسته‌ها و قالب‌های بزرگ ریخته‌گری شن و ماسه و ساخت قطعات فلزی پرینت سه بعدی کم‌هزینه استفاده می‌شود.
جدول بررسی اجمالی پارامترهای اصلی تکنولوژی پرینت سه بعدی بایندرجت(binder jet)
ابعاد ساخت
160*65*65 میلی متر
ابعاد فوق برای دستگاه مجموعه ما در داخل ایران است و برای ابعاد بزرگتر قطعات از مجموعه همکار خارج از کشور تامین می گردد.
حداکثر خطای ساخت 0.2 میلی متر
مزایا و معایب
متریال عای بسیار رده بالا برای کاربرد های خاص
دقت بسیار بالا و سرعت بالا با توجه به عدم نیاز به ساپورت
قیمت بسیار بالا
تخلخل قطعات و نیاز به عملیات حرارتی
متریال ها
فلزات مختلف
پلیمر های
سرامیک
رس
کاربرد
تولید قالب‌های ریخته‌گری
تولید قطعات سرامیکی
ساخت قطعات بیچیده و پیشرفته در مقیاس بالا
تولید قطعات فلزی با هندسه پیچیده
هزینه ساخت
برای قطعات پیچیده برای کاربرد های خاص توجیه اقتصادی دارد
معرفی و تاریخچه ای از پرینت سه بعدی بایندر جت
بایندر جت یا binder jet یکی از تکنولوژی‌های پرینت سه بعدی است که برای نخستین بار اوایل دهه 90 میلادی، در موسسه فناوری ماساچوست توسعه داده شد، سپس در سال 1996 شرکت ExOne مجوز انحصاری این روش پرینت سه بعدی، یعنی جوهرفشانی در بستر پودر را کسب کرد. دو سال بعد، ExOne اولین پرینتر سه بعدی binder jet بایندر جت مختص کاربردهای فلزی را با نام RTS-300 برای فروش به بازار عرضه کرد. پس از آن، در سال 2002، ExOne از اولین پرینتر سه بعدی بایندر جت ماسه‌ای خود با نام S15 رونمایی و سپس روانه بازار کرد که کاربرد آن، چاپ قالب‌های ماسه‌ای و ماهیچه‌های قطعات صنعتی فلزی ریخته‌گری است.
سیستم‌های ExOne با اقتباس از شرکت Desktop Metal در سال 2021، امروزه بر تولید سازه‌های پشتیبانی ریخته‌گری با تولید قالب‌های ماسه‌ای و دستگاه‌های ماهیچه‌ای، و همینطور توسعه پرینت سه بعدی قطعات تزریقی تمرکز دارد که از ماسه و سرامیک گرفته تا بتن احیا شده و خاک اره بازیافتی، مواد قابل استفاده در این فرآیند هستند.
در مادا تکنولوژی ما با استفاده از دستگاه های بسیار پیشرفته ExOne خدمات پرینت سه بعدی باینر جت را ارائه می دهیم.
پرینت سه بعدی بایندر جت Binder Jetting چگونه کار می کند؟
به طور کلی فرآیند کاری بایندرجت به شرح زیر است:
اول، یک تیغه پوشش مجدد، لایه نازکی از پودر را روی صفحه‌ی ساخت پخش می‌کند.
سپس، یک حامل با نازل‌های جوهر افشان (که شبیه نازل‌های مورد استفاده در پرینترهای دو بعدی رومیزی هستند) از روی تخت عبور می‌کند و به طور انتخابی قطرات یک عامل اتصال (چسب) را که ذرات پودر را به هم متصل می‌کند، رسوب می‌دهد. در پرینت سه بعدی Binder Jetting تمام رنگی، جوهر رنگی نیز در این مرحله رسوب می‌کند. اندازه هر قطره تقریباً 80 میکرومتر قطر است، بنابراین می‌توان به وضوح خوبی دست یافت.
وقتی لایه کامل شد، صفحه ساخت به سمت پایین حرکت می‌کند و تیغه دوباره سطح را می‌پوشاند. سپس این روند تا زمانی که کل قسمت کامل شود تکرار می‌شود.
پس از چاپ، قطعه در پودر محصور می‌شود و به حال خود رها می‌شود تا خشک شود و استحکام پیدا کند. سپس قطعه از سطل پودر خارج می‌شود و پودر اضافی از طریق هوای تحت فشار تمیز می‌شود.
بسته به ماده، معمولاً یک مرحله پس از پردازش مورد نیاز است. به عنوان مثال، قطعات فلزی بایندر جتینگ باید زینتر شوند (یا در غیر این صورت تحت عملیات حرارتی قرار گیرند) یا با یک فلز با دمای ذوب پایین (معمولاً برنز) نفوذ کنند. نمونه های تمام رنگی نیز با اکریلیک نفوذ کرده و برای بهبود شادابی رنگ‌ها پوشش داده شده اند. هسته‌ها و قالب‌های ریخته گری شن و ماسه معمولاً پس از چاپ سه بعدی آماده استفاده هستند.
این به این دلیل است که قطعات هنگام خروج از چاپگر در حالت "سبز" هستند. قطعات Binder Jetting در حالت سبز دارای خواص مکانیکی ضعیف (بسیار شکننده هستند) و تخلخل بالا هستند.
پرینت سه بعدی بایندر جت (binder jet) چه تفاوتی با بقیه تکنولوژی های پرینت سه بعدی دارد ؟
امروزه، روش‌های پرینت سه بعدی مختلف فراوانی وجود دارند و هنگامی که روشی پیشنهاد می‌شود، اغلب درباره مزایا و معایب آن شک و شبهه بسیاری به وجود می‌آید. میان شیوه‌های پرینت سه بعدی ، روش بایندر جت و به ویژه حجم خروجی آن شهرت خاصی دارد.
به علاوه که بایندرجت ( binder jet ) از میان همه فناوری‌های ساخت افزایشی، از نظر رویکرد پایه و سرعت بیشترین شباهت را به چاپ کاغذی سنتی دارد. عملکرد بایندر (چسب) زمانی که بین لایه‌های پودر حرکت می‌کند مشابه کار جوهر است و تشکیل محصول نهایی در این روش، درست مانند چاپ روی کاغذ است.
در مقابل، بسیاری از روش‌های پرینت سه بعدی فلزی SLM و پرینت سه بعدی پودری SLS ، قطعه‌ها را به صورت تک نقطه‌ای با لیزر می‌سازد و روش پرینت سه بعدی FDM مواد را اکسترود و ذوب می‌کند، یا در تکنولوژی پرینت سه بعدی SLA رزین با نور UV محکم شده و تشکیل جسم می‌دهد. در چنین فرآیندهایی مقدار مواد و مدت زمان لازم برای تشکیل لایه به لایه‌ی هر قطعه به صورت تک نقطعه‌ای، به مراتب بیشتر است. روش بایندر جت به دلیل سرعت بالا و انعطاف پذیری در نوع مواد قابل استفاده، از بین همه فناوری‌های پرینت سه بعدی تنها روشی است که می‌تواند تولید حجم بالا را از روش‌های سنتی و مزایای مربوط به بحث طراحی، هزینه و پایداری را از پرینت سه بعدی در کنار هم قرار دهد و به حجم انبوه برساند.
بایندر جت یا Binder Jetting چه ویژگی هایی دارد؟
در بایندرجت، تقریباً تمام پارامترهای فرآیند توسط سازنده دستگاه از پیش تعیین شده است.
ارتفاع لایه معمولی به مواد بستگی دارد: برای مدل‌های تمام رنگی، ارتفاع لایه معمولی 100 میکرون، برای قطعات فلزی 50 میکرون و برای مواد قالب ریخته گری شن و ماسه 200-400 میکرون است.
یک مزیت کلیدی بایندرجت (Binder Jet) نسبت به سایر فرآیندهای چاپ سه بعدی این است که پیوند لایه‌ها در دمای اتاق اتفاق می‌افتد. این بدان معنی است که اعوجاج ابعادی مرتبط با اثرات حرارتی (مانند تاب برداشتن در پرینت سه بعدی FDM ،چاپ سه بعدی SLM و SLS یا پیچش در پرینت سه بعدی DLP/SLA) در بایندر جت مشکلی نیست.
در نتیجه، حجم ساخت پرینتر سه بعدی بایندر جت در مقایسه با تمام فناوری‌های پرینت سه بعدی (تا 2200 x 1200 x 600 میلی‌متر) یکی از بزرگ‌ترین‌ها است. این دستگاه‌های پرینت سه بعدی بایندر جت بزرگ عموما برای تولید قالب‌های ریخته گری شن و ماسه استفاده می‌شوند. پرینترهای سه بعدی Metal Binder Jetting معمولاً حجم ساخت بیشتری نسبت به پرینترهای سه بعدی DMSL/SLM دارند (تا ۸۰۰×۵۰۰×۴۰۰ میلی‌متر)، که امکان ساخت موازی چندین قطعه را در یک زمان فراهم می‌کند. با این حال، به دلیل نیاز به پس پردازش، حداکثر اندازه قطعه به طول توصیه شده تا 50 میلی متر محدود شده است.
علاوه بر این، روش بایندرجت نیازی به ساپورت ندارد: پودر اطراف تمام پشتیبانی لازم را برای قطعه فراهم می کند (مشابه پرینت سه بعدی SLS). این یک تفاوت اساسی بین فلز بایندر جتینگ و سایر فرآیندهای چاپ سه بعدی فلزی است که معمولاً به استفاده گسترده از ساپورت‌ها نیاز دارد و امکان ایجاد ساختارهای فلزی آزاد با محدودیت‌های هندسی بسیار کمی را فراهم می‌کند.
از آنجایی که قطعات موجود در بایندرجت نیازی به اتصال به پلت فرم ساخت ندارند، می توان از کل حجم ساخت استفاده کرد. بنابراین، Binder Jet برای تولید دسته ای کم تا متوسط مناسب است. برای استفاده از قابلیت های کامل بایندر جتینگ، بسیار مهم است که نحوه پرکردن موثر کل حجم ساخت دستگاه (بین packing) را در نظر بگیرید.
مشخصات اصلی پرینت سه بعدی بایندر جت (بایندر جتینگ/ Binder Jetting )
برخی از مشخصات اصلی پرینت سه بعدی بایندرجت یا Binder Jetting در جدول زیر به طور خلاصه برایتان آورده شده است:
متریال های پرینت سه بعدی بایندر جت | فلزات، سرامیک (ماسه) |
دقت ابعادی پرینت سه بعدی binder jetting | فلز: ± 2٪ یا 0.2 میلی متر (تا 0.5 ± یا 0.05 ±) تمام رنگی: 0.3 ± میلی متر ماسه: 0.3 ± میلی متر |
اندازه ساخت معمولی | فلز: 400 × 250 × 250 میلی متر (تا 800 × 500 × 400 میلی متر) تمام رنگی: 200 × 250 × 200 میلی متر (تا 500 × 380 × 230 میلی متر) ماسه: 800 x 500 x 400 (تا 2200 x 1200 x 600 میلی‌متر) |
ضخامت لایه رایج | فلز: 35 – 50 میکرومتر تمام رنگی: 100 میکرومتر شن و ماسه: 200 – 400 میکرومتر |
ساپورت گذاری | نیاز ندارد |
مواد و متریال های رایج مورد استفاده در پرینت سه بعدی بایندر جت
پودرهای بایندر جتینگ در طیف وسیعی از مواد وجود دارد. کاربرد نهایی قطعه مناسب ترین پودر را مشخص می‌کند. قیمت پودرهای سرامیکی معمولا کم است. پودرهای فلزی گرانتر و در عین حال مقرون به صرفه تر از مواد پرینت سه بعدی DMSL/SLM هستند. برخلاف فرآیند پرینت سه بعدی SLS صد درصد پودر بدون پیوند را می توان بازیافت کرد که منجر به صرفه جویی بیشتر در مواد می‌شود.
نام ماده | ویژگی |
ماسه سنگ تمام رنگی |
|
شن و ماسه سیلیس |
|
فولاد ضد زنگ (برنز نفوذ کرده) |
|
فولاد ضد زنگ (سینتر شده) |
|
آلیاژ اینکونل (سینتر شده) |
|
کاربید تنگستن (سینتر شده) |
|
مزایا و محدودیت های پرینت سه بعدی بایندر جت Binder Jetting چیست؟
مزایا و معایب کلیدی فناوری پرینت سه بعدی بایندرجت را می‌توان به صورت زیر خلاصه کرد:
اما توجه داشته باشید با وجود مزایای قابل توجه این روش، اجرای صحیح و بهینه آن نیازمند تجهیزات پیشرفته و تخصص فنی است.
برای افرادی که به دنبال کیفیت بالا بدون مواجهه با چالش‌های پیچیده و هزینه‌های سنگین اولیه هستند، استفاده از خدمات پرینت سه بعدی حرفه‌ای می‌تواند گزینه‌ای بسیار کارآمد باشد.
- بایندر جتینگ قطعات فلزی و نمونه های اولیه تمام رنگی را با کسری از هزینه در مقایسه با پرینت سه بعدی DMLS/SLM و Material Jetting تولید می‌کند.
- بایندر جتینگ می‌تواند قطعات بسیار بزرگ و هندسه‌های پیچیده فلزی را تولید کند، زیرا با هیچ اثر حرارتی (مثلاً تاب برداشتن) محدود نمی‌شود.
- قابلیت های تولید Binder Jetting برای تولید دسته ای کم تا متوسط عالی است.
- قطعات Metal Binder Jetting به دلیل تخلخل بالاتر، خواص مکانیکی کمتری نسبت به قطعات ساخته شده با فناوری‌های پرینت سه بعدی DMSL/SLM دارند.
- فقط جزئیات ناهموار را می توان با Binder Jetting چاپ کرد، زیرا قطعات در حالت سبز خود بسیار شکننده هستند و ممکن است در طول پردازش پس از پردازش شکسته شوند.
- در مقایسه با سایر فرآیندهای چاپ سه بعدی، Binder Jetting انتخاب مواد محدودی را ارائه می‌دهد.
محبوب ترین پرینتر های سه بعدی بایندر جت
گفتیم تکنولوژی بایندرجت (Binder Jet) به دلیل سرعت بالا، دقت مناسب و امکان استفاده از مواد متنوع، در صنایع مختلف از تولید قطعات فلزی تا ماکت‌های معماری کاربرد گسترده‌ای دارد. اما چه پرینترهایی در این حوزه عملکرد بهتری دارند؟ در این بخش، محبوب‌ترین و شناخته‌شده‌ترین پرینترهای سه‌بعدی بایندر جت را معرفی و بررسی می‌کنیم.
پرینترهای سه بعدی بایندر جت HP Multi Jet Fusion از جمله مدل‌های 5420W، 5200 و 4200، با استفاده از فناوری پودر پلیمری و مایع چسبنده، قطعاتی با استحکام بالا تولید می‌کنند. این دستگاه‌ها دارای حجم ساخت یکسان هستند اما در سرعت چاپ، تنوع مواد و کیفیت نهایی تفاوت‌هایی دارند. از ویژگی‌های برجسته این سری می‌توان به بازیافت ۷۰٪ پودر مازاد، چاپ هم‌زمان چندین قطعه، و سیستم نظارت و کنترل کیفیت درون دستگاه اشاره کرد. این پرینترها برای تولید قطعات صنعتی مانند محفظه‌های الکترونیکی، اتصالات، و ابزار دقیق در صنایع خودروسازی و تولید انبوه مناسب هستند.
Stratasys H350 با استفاده از فناوری Selective Absorption Fusion (SAF)، قطعات نایلونی را با دقت بالا و هزینه‌ای مقرون‌به‌صرفه تولید می‌کند. این پرینتر برای تولید قطعات نهایی در حجم بالا طراحی شده و در صنایع مختلف مانند الکترونیک، کالاهای مصرفی و خودروسازی کاربرد دارد. ویژگی مهم این پرینتر، استفاده از سیستم جوهرپاش پیزوالکتریک صنعتی برای تزریق مایع جذب‌کننده و ایجاد اتصالات قوی بین لایه‌های پلیمری است.
پرینترهای سه بعدی بایندرجت Voxeljet VX200 HSS و VX1000 HSS از فناوری High Speed Sintering (HSS) برای تولید قطعاتی با خواص مکانیکی مشابه قالب‌گیری تزریقی پلاستیک استفاده می‌کنند. این مدل‌ها امکان چاپ با مواد پلیمری، سرامیکی و ماسه‌ای را دارند و در صنایع ریخته‌گری، جواهرسازی، معماری و طراحی صنعتی محبوب هستند. مدل VX1000 HSS به‌عنوان جایگزین اقتصادی برای قالب‌گیری تزریقی پلاستیک در تولید انبوه معرفی شده است.
پرینترهای Desktop Metal X-Series علاوه بر چاپ با فلز، قابلیت تولید قطعات سرامیکی را نیز دارند. این دستگاه‌ها از فناوری تراکم سه‌گانه پیشرفته (Triple Advanced Compaction) استفاده می‌کنند که منجر به افزایش چگالی و تکرارپذیری قطعات می‌شود. مدل Production System نیز گزینه‌ای مناسب برای تولید قطعات فلزی و سرامیکی در مقیاس صنعتی محسوب می‌شود.
سری S-Max از شرکت Desktop Metal برای تولید قالب‌ها و مدل‌های ماسه‌ای در صنعت ریخته‌گری طراحی شده است. مدل S-Max Flex یک راهکار مقرون‌به‌صرفه برای ادغام فناوری دیجیتال در فرآیندهای سنتی ریخته‌گری است. مدل S-Max Pro نیز طیف وسیعی از نیازهای چاپ ماسه‌ای را، از نمونه‌سازی تا تولید انبوه، پوشش می‌دهد.
سوالات متداول
در روش بایندرجت، یک بایندر مایع توسط نازل‌ها بر روی لایه‌های پودر ماده پاشیده می‌شود تا ذرات به هم بچسبند و لایه‌ها به‌صورت افزایشی شکل بگیرند.
هزینه کمتر، سرعت بالاتر، امکان تولید قطعات بزرگ و پیچیده، و عدم نیاز به ساپورت گذاری از مزایای اصلی این روش هستند.
بله، اما قطعات فلزی معمولاً نیاز به مراحل پس‌پردازش مانند سینترینگ (تف‌جوشی) دارند تا به استحکام نهایی برسند.
انواع پودرهای فلزی، سرامیک‌ها، پلیمرها و شن در این روش قابل استفاده هستند، که به نیازهای مختلف تولید پاسخ می‌دهند.
نیاز به پس‌پردازش برای قطعات فلزی، استحکام اولیه کم در مقایسه با قطعات تولید شده با روش‌های حرارتی، و محدودیت در مواد خاص.
تولید نمونه‌های اولیه، قطعات فلزی با هندسه پیچیده، مدل‌های معماری، و محصولات تزئینی از جمله کاربردهای اصلی هستند.
بایندر جتینگ برای تولید دسته‌ای کم تا متوسط مناسب است؛ برای تولید انبوه، نیاز به ارزیابی دقیق هزینه‌ها و زمان دارد.
برای بهبود کیفیت قطعات تولید شده با تکنولوژی بایندرجت، استفاده از مواد با کیفیت بالا، تنظیم دقیق پارامترهای پرینت و انجام مراحل مناسب پس‌پردازش ضروری است. هر چه مواد بهتر و فرآیندها دقیق‌تر باشند، قطعاتی مستحکم‌تر و با جزئیات بیشتر خواهید داشت.
اگر به دنبال نتایج بی‌نقص و حرفه‌ای هستید، همکاری با تیم‌های با تجربه و خدمات پرینت سه‌بعدی پیشرفته می‌تواند تفاوت قابل توجهی ایجاد کند. ما با بهره‌گیری از فناوری‌های روز دنیا و تخصص بالا در این حوزه، آماده‌ایم تا تجربه‌ای بی‌نظیر از کیفیت و دقت را برای شما فراهم کنیم. فرصت را از دست ندهید و با ما تماس بگیرید تا در مسیر تولید قطعات برتر همراهتان باشیم!