سال جت کردن بایندر فلزی

فناوری جت بایندر فلزی که اکنون با نام اختصاری MBJ نیز شناخته می شود، در عین حال اولین و جدیدترین فرصت برای فرآیندهای AM فلزی مبتنی بر کلاسور است. این فناوری که در سال 1993 در MIT اختراع شد، از یک هد چاپ جوهر افشان برای اعمال چسب بر روی بستر پودر فلز و تشکیل قطعات سبز رنگی که شبیه قطعات تولید شده توسط قالب گیری تزریقی فلز (MIM) هستند، استفاده می کند. سپس این قطعات برای تحویل قطعات نهایی، تحت یک سری مراحل پس فرایند (که برای هر فناوری خاص متفاوت است)، از جمله زینتر می شوند.

ExOne پیشگام بخش اولین سیستم جت بایندر فلزی خود را تقریباً دو دهه پیش، پس از صدور مجوز ثبت اختراع اصلی از MIT در سال 1996، معرفی کرد. با این حال، اخیراً این شرکت سیستم های جدیدی را معرفی کرده است که برای بهره وری بالاتر طراحی شده اند. ExOne این کار را در پاسخ به چندین بازیگر بزرگ دیگر که اعلام کردند قصد دارند وارد بازار جت بایندر فلزی شوند، انجام داد. به ویژه، کار با مخترع فناوری جت بایندر فلزی، الی ساکس، Desktop Metal در سال 2015 توسط کارآفرین سریالی Ric Fulop تاسیس شد، و مفهوم سیستم جت بایندر فلزی با بهره وری بالا را معرفی کرد. شهود Fulop این بود که با بهینه سازی و خودکارسازی مرحله پس از پردازش (از جمله حذف نیاز به تکیه گاه های فلزی در مرحله ساخت)، جریان های کاری جت بایندر فلزی می توانند بهره وری قابل توجهی بالاتر و در نتیجه هزینه هر قطعه کمتری نسبت به همجوشی بستر پودر فلزی ایجاد کنند. فن آوری ها

پس از توسعه گسترده، این ماشین ها اکنون وارد تجاری سازی کامل شده اند. رابطه بین دو شرکت زمانی کامل شد که Desktop Metal یک IPO موفق از طریق ادغام SPAC در سال 2020 انجام داد و از منابع مالی برای خرید ExOne در سال 2021 استفاده کرد.

رقابت فزاینده در این بخش، از آنجایی که فناوری برای هدف قرار دادن تولید دسته ای بزرگتر از فرآیندهای PBF فلزی تکامل می یابد، این دو رقیب سرسخت را در سناریویی که شاهد اتفاقات بسیاری در یک زمان است، گرد هم آورد. Desktop Metal و ExOne برای رقابت با دو گروه صنعتی بزرگ که قبلاً در زمینه های مختلف تولید چاپ سه بعدی رهبر شده اند، به رقابت پرداختند: جنرال الکتریک (افزودنی جنرال الکتریک) و HP (چاپ سه بعدی HP).

فرآیند MBJ

فرآیند جت بایندر فلزی شامل رسوب انتخابی قطرات بایندر و پس پردازش گسترده است. ابتدا، هدهای چاپ جوهرافشان به طور انتخابی قطرات مواد چسباننده را روی بستری از پودر فلز قرار می دهند تا زمانی که یک لایه کامل ایجاد شود. سپس صفحه چاپ پایین می آید، یک لایه پودر جدید اعمال می شود و یک لایه دیگر از کلاسور رسوب می کند. هنگامی که هر لایه از بایندر رسوب کرد، قسمت (در حالت سبز شکننده خود) برای چند ساعت باقی می ماند تا خشک شود. برای افزایش بیشتر استحکام و کاهش تخلخل آن، قطعه باید در فرآیند تف جوشی یا نفوذ قرار گیرد. تف جوشی شامل حرارت دادن قطعه تا 36 ساعت در یک کوره در حدود 100 درجه سانتیگراد است. این ماده چسبنده را می سوزاند و باعث می شود ذرات فلزی به هم جوش بخورند. نفوذ یک فلز مذاب را با دمای ذوب پایین وارد می کند، که از طریق قطعه نفوذ می کند و فضای خالی باقی مانده از مواد چسبنده سوخته را پر می کند. هر روشی مزایا و معایبی دارد. نفوذ قطعات با چگالی کمی نسبت به زینترینگ تولید می کند، اما زینترینگ می تواند باعث انقباض ناخواسته و غیرقابل پیش بینی قطعه شود.

جت بایندر فلزی توسط ذینفعان متعدد به عنوان عملی ترین راه حل برای معرفی تولید افزودنی های زنجیره ای و دسته ای با کارایی بالا، مقرون به صرفه در بخش هایی مانند خودروهای بازار انبوه و محصولات مصرفی، و همچنین راه حلی مناسب برای دسته های بزرگ دیده می شود. تولید قطعات ماشین آلات صنعتی

از آنجایی که فلزات در طول فرآیند ذوب نمی شوند، جت بایندر برخی از مسائل مربوط به تنش های پسماند در فرآیند را حذف می کند و قطعات سبز رنگ را با سرعت بسیار بالا چاپ می کند. هیچ تکیه گاه مورد نیاز نیست، زیرا برآمدگی ها توسط پودرهای شل در بستر پشتیبانی می شوند که منجر به پس پردازش کوتاه تر و امکانات هندسی پیچیده تر می شود.

با این حال، نیاز به تف جوشی قطعات در یک کوره پس از ساخت، چالش های ذاتی را ایجاد می کند. اینها شامل هزینه سیستم های تف جوشی، زمان طولانی مورد نیاز برای پخت کوره و نیاز به حساب کردن انقباض بخش قابل توجهی از طریق قابلیت های نرم افزاری پیشرفته است که به دلیل پیچیدگی قطعات AM خاص، چالش های بیشتری را برای AM نسبت به سایر فرآیندهای تولید ایجاد می کند.

مزایای MBJ

• بهره وری بالاتر (تا ده برابر در مقایسه با PBF)
• چندین اپراتور بزرگ با سرمایه گذاری قابل توجه وارد بازار می شوند
• نیازی به پشتیبانی ندارد
• CapEx بالقوه کمتر (در مقایسه با PBF)
• قطعات توری را تولید می کند
• پتانسیل با وضوح بسیار بالا

چالش های MBJ

• هنوز برای تولید در مقیاس بزرگ اثبات نشده است
• به عنوان یک مرحله پس از فرآیند به پخت طولانی در کوره نیاز دارد
• برخی از فرآیندهای MBJ نیاز به جداسازی طولانی مدت دارند
• انقباض بخش قابل توجهی به حساب می آید
• هنوز برای قطعات کاملاً متراکم و بدون مراحل نفوذ اضافی اثبات نشده است
• هنوز انتخاب محدودی از مواد موجود (در مقایسه با PBF)
• برخی از فرآیندها به پودرهای ریزتر از PBF نیاز دارند
• تولید قطعات بزرگ چالش برانگیز است

روند MBJ در مقایسه با سایر فناوری های فلزی AM

در اولین خود گزارش بازار Metal AM, 3dpbm Research پیش بینی کرد که درآمد کلی سخت افزار AM فلزی با رشد 33.7 درصدی CAGR در دوره 10 ساله آینده، از کمتر از 1 میلیارد دلار فروش جهانی سالانه در سال 2020 به بیش از 18 میلیارد دلار فروش سالانه جهانی تا سال 2030 پیش بینی می شود. انتظار می رود بایندر جتینگ تا 55 درصد CAGR رشد کند. این نرخ بسیار بالا به دلیل ترکیبی از جت بایندر است که تاکنون به صورت تجاری به طور جزئی کاوش شده است و پتانسیل بالای پذیرش آن برای دهه آینده، با حمایت سرمایه گذاری های بزرگ.

بایندر جت به عنوان یک فناوری کلیدی برای فعال کردن تولید AM با توان عملیاتی بزرگ در بخش هایی مانند خودرو و محصولات مصرفی دیده می شود. فلز باند در حال حاضر بیشتر از جت بایندر تثبیت شده است، بنابراین CAGR پایین 45.8٪ است. با این حال، پتانسیل کلی آن به عنوان مقرون به صرفه ترین فرآیند AM فلزی نیز هنوز تا حد زیادی ناشناخته است.

MBJ اینجاست

از سال 2017 تا 2018، GE Additive و چاپ سه بعدی HP نشان دادند که با هدف ارائه سیستم های با بهره وری بالا در عرض چند سال، وارد بازار جت بایندر فلزی شده اند. همه گیری تلاش آنها را کند کرد اما اکنون زمان تجاری سازی کامل اولین سیستم های جت بایندر فلزی آنها فرا رسیده است. در این میان، شرکت های دیگری نیز با ارائه راه حل های تولید معتبر وارد این بخش بازار شدند: این ها عبارتند از Markforged (شرکت آمریکایی یکی دیگر از پیشگامان MBJ، Digital Metal را در سال 2022 خریداری کرد) و Ricoh (با توسعه راه حل های داخلی خود).

چاپ سه بعدی HP در مقابل GE Additive

همانطور که در داستان ویژگی اختصاصی این کتاب الکترونیکی به طور عمیق تر بررسی خواهیم کرد، HP 3D Printing اولین شرکت بزرگ صنعتی بود که متعهد به توسعه فناوری MBJ با قابلیت تولید شد. آنچه امروز در MetalJet شناخته شده است برای اولین بار در نمایشگاه IMTS 2018 همراه با جدول زمانی برای فناوری های توسعه یافته با همکاری شرکای کلیدی آلفا و بتا اعلام شد. دستگاه آماده بازار، Metal Jet S100 سرانجام در IMTS 2022 ارائه شد و برای اولین بار در Formnext 2022 در معرض دید مشتریان اروپایی قرار گرفت. HP در حال ورود به بخش تولید پرینت سه بعدی فلزی است و از تجربه موفق کلی در بخش AM پلیمری استفاده می کند. با فناوری MultiJet Fusion که به طور چشمگیری هزینه های تولید قطعات پلیمری AM را تسریع و کاهش داد.

رقیب بعدی تسلط بر بازار MBJ، GE Additive، از تجربه ای که این شرکت در تولید فلز AM از طریق فرآیندهای PBF فلزی ساخته است، وارد این بخش می شود. در سال 2016، جنرال الکتریک سازنده سخت افزار PBF لیزری آلمانی Concept Laser و سازنده سخت افزار PBF فلز پرتو الکترونی سوئدی Arcam (و سازنده پودر فلز متعلق به Arcam AP&C) را خریداری کرد. Binder Jet Line Series 3 برای تولید افزودنی قطعات پیچیده، کوچک و بزرگ، تا وزن 25 کیلوگرم، در فولاد ضد زنگ، بدون محدودیت شناخته شده در حداکثر ضخامت دیوار، توسعه یافته است. بر اساس اطلاعات مشتریان و شرکا در مرحله توسعه فناوری، GE Additive بر روی امکان استقرار نهایی 40، 50 و 100 نصب ماشین آلات متمرکز شده است که کیفیت فرآیند قابل تکرار را افزایش می دهد، در حالی که تماس اپراتور با تجهیزات و مواد را به حداقل می رساند.

Markforged/Digital Metals و Ricoh

مدعیان باقی مانده عبارتند از Markforged/Digital Metal و Ricoh. در حالی که سرمایه گذاری ها و تلاش های پشت سر این پروژه ها به اندازه سرمایه گذاری های انجام شده توسط شرکت های ذکر شده قبلی نیست، هر دو فرصت های منحصربه فردی را ارائه می کنند.

قرارداد Markforged/Digital Metal تقریباً از نظر ماهیت و استراتژی با ادغام Desktop Metal/ExOne یکسان است. Markforged یک رقیب مستقیم برای Desktop Metal در بخش چاپ سه بعدی فلزات محدود است (این دو شرکت همچنین یک پرونده طولانی مدت در دادگاه ثبت اختراع را پشت سر گذاشتند)، با این حال، Markforged می تواند از یک کسب وکار موفق راه حل های چاپ سه بعدی ترکیبی استفاده کند. درست مانند Desktop Metal، Markforged از طریق ادغام SPAC که در سال 2022 نهایی شد، عمومی شد و سرمایه قابل توجهی را جمع آوری کرد. برخی از آنها بلافاصله برای خرید دیجیتال متال پیشگام در جت بایندر فلزی از شرکت سوئدی هوگاناس و فناوری های جت بایندر فلزی DMP/PRO استفاده شدند.

Ricoh در بخش MBF فلزی عقب تر است، اما تخصص پیشرو در جهان در بازار هد چاپ جوهر افشان می تواند دارایی بسیار خوبی باشد، همانطور که در سرمایه گذاری خود HP بوده است. این شرکت ژاپنی در حال حاضر توسعه تولید مواد افزودنی خود را تحت پوشش های نسبتاً محکمی نگه می دارد و بیشتر آن در مرکز تجربه مشتری خود در تلفورد، انگلستان انجام می شود. CEC به دنبال توسعه چاپگرهای سه بعدی و یک راه حل کامل برای گردش کار تولید برای تولید قطعات آلومینیومی با استفاده از MBJ 3D است.

آخرین شرکتی که در این بخش باید در نظر داشت 3DEO مستقر در ایالات متحده است. دلیل اینکه ما آنها را در بازار MBJ مدعی نمی دانیم این است که آنها از فناوری MBJ اختصاصی برای تولید قطعات داخلی استفاده می کنند. بر اساس داده های منتشر شده در این شرکت، 3DEO عمدتاً بر روی دسته های بزرگ یک قطعه بسیار کوچک (مشابه فلزات دیجیتال) تمرکز کرده است، تا به امروز بیشترین تعداد قطعات پرینت سه بعدی MBJ را از هر شرکتی تولید کرده است. گزارش بازار 3dpbm فرصت ها و روندهای 2020-2030 Metal AM.

این مقاله پیش نمایشی از تجزیه و تحلیل کامل بخش بازار جت بایندر فلزی است که در کتاب الکترونیکی AM Focus Metal آینده ارائه شده است که قبل از Formnext منتشر خواهد شد.