Эволюция технологии 3D-печати HP:от полимера к металлу AM

Компания HP на полной скорости продвигает свою стратегию 3D-печати. С момента своего первого набега на аддитивное производство (AM) в 2016 году компания запустила несколько систем полимерной 3D-печати, а совсем недавно представила технологию Metal Jet.

Чтобы не отставать от достижений в области 3D-печати HP, ниже мы исследуем эволюцию этой технологии и ее значение для будущего индустрии 3D-печати. ​​

3D-печать

3D-печать имеет множество препятствий для входа на рынок с экономической, технологической и кадровой точек зрения.

Например, многие промышленные 3D-принтеры все еще отстают от традиционного оборудования по скорости и эффективности. Кроме того, есть крутая кривая обучения для овладения AM. Но самый большой барьер для внедрения, возможно, заключается в существенных инвестициях, необходимых для запуска AM в производственный цех.

HP начала свой путь к демократизации 3D-печати, предоставив компаниям радикально более высокую скорость сборки, высококачественные функциональные детали и революционную экономику.

Этот путь привел к запуску Multi Jet Fusion в 2016 году.

HP Multi Jet Fusion (MJF) - это технология Powder Bed Fusion (PBF), которая означает, что для создания деталей используется пластиковый порошок. Процесс MJF начинается с распределения тонкого слоя порошка по станине принтера.

Термофиксатор, разработанный для поглощения инфракрасной энергии, распыляется через слой, отслеживая контуры детали.

После этого шага применяется инфракрасный свет, который нагревает участки с термозакрепляющим агентом, расплавляя и расплавляя порошок на этих участках. Слой за слоем процесс повторяется, медленно наращивая деталь.

Используя технологию MJF, HP представила новый эталон 3D-печати на полимерных PBF. Во-первых, машины MJF обеспечивают более стабильные механические свойства, более высокую скорость процесса и более высокую точность, чем аналогичные процессы, такие как селективное лазерное спекание (SLS).

При сравнении стоимости деталей MJF и SLS, Xometry, онлайн-рынок производства, обнаружил, что изготовление детали с использованием MJF стоит на 30 процентов меньше для печати, чем ее аналог SLS. И эта разница увеличивается по мере увеличения объема деталей из-за способности принтера HP MJF печатать несколько деталей одновременно.

На пути к индустриальной 3D-печати из полимеров

Революционная во многих отношениях технология HP MJF с самого начала была ориентирована на создание функциональных прототипов и массовое производство.

Первая система Jet Fusion (JF) 3D 4200, запущенная в производство в конце 2016 года, заработала репутацию одной из лучших машин для мелкосерийного производства в своем классе систем PBF.

Состоящая из принтера, охлаждающей станции и двух сборочных единиц, система JF 4200 призвана максимально упростить этапы печати и постобработки.

Сменные блоки сборки особенно полезны, так как они обеспечивают непрерывный процесс печати, поскольку их можно перемещать с принтера непосредственно на станцию ​​постобработки для охлаждения и очистки сразу после завершения печати. ​​

Благодаря ориентации на производство и качество, система была хорошо принята на рынке. Например, в отчете о тенденциях цифрового производства за 2 квартал 2018 года, подготовленном 3D Hubs, глобальной платформой производства как услуги, HP Jet Fusion 3D 4200 занял второе место в рейтинге качества принтера, а машина заняла первое место в рейтинге качества печати. количество деталей, произведенных в этом году.

С точки зрения приложений возможности системы JF 4200 очень широки. Его можно использовать для чего угодно, от функциональных прототипов до инструментов и заканчивая мелкосерийным производством деталей для конечного использования.

Ярким примером того, что возможно с системой JF 4200, является объявление в прошлом году о партнерстве HP с SmileDirectClub, производителем прозрачных устройств для выпрямления зубов, называемых прозрачными капами.

Благодаря этому партнерству SmileDirectClub установил 49 систем 3D-печати HP Jet Fusion для производства более 50 000 уникальных форм в день. Эти формы затем используются для отливки прозрачных элайнеров.

Благодаря своей технологии HP 3D Printing помогла SmileDirectClub ускорить рост и удовлетворить растущий спрос клиентов.

Выход на арену полноцветной 3D-печати

После выпуска системы JF 4200 в 2018 году на рынке появился следующий большой анонс - запуск серии полноцветных 3D-принтеров Jet Fusion 300/500.

Accurate доступная по цене цветная 3D-печать - конечная цель для многих производителей, многие из которых тратят бесчисленные часы, окрашивая свои 3D-отпечатки после они покинули печатную кровать. Лучшее решение - но оно было дорогостоящим и эксклюзивным для избранного диапазона систем AM - это просто 3D-печать объектов в полном цвете.

Новая серия, разработанная HP, дополняет существующий ассортимент промышленные 3D-принтеры, которые в настоящее время печатают только серым цветом и являются доступным вариантом для разработчиков продуктов малого и среднего размера.

Предлагая полноцветную 3D-печать, новая линейка также составляет явную конкуренцию для существующие машины от Stratasys и 3D Systems.

Следующий уровень:объемное аддитивное производство

В 2018 году компания HP, как сообщается, достигла рубежа в 10 миллионов деталей, произведенных с ее помощью. Но компания не хотела останавливаться на достигнутом. HP хотела пойти дальше и открыть новый уровень массового производства в 3D-печати. ​​

Использование 3D-печати в серийном производстве стало одной из ключевых тенденций, сформировавших отрасль в последние несколько лет. По мере того как компании находят все больше приложений для этой технологии в производстве, им требуются решения, способные поддерживать растущие объемы производства.

В то время как многие игроки на рынке разрабатывают решения, направленные на повышение пропускной способности, возможно, ни одно из них не было таким быстрым, как HP.

2019 год ознаменовался еще одним знаменательным годом для HP, когда она запустила новую серию 3D-принтеров MJF, ориентированную на производство, 5200.

В то время как серия 3D-принтеров 500/300 нацелена на функциональное прототипирование, а серия 4200 нацелена на мелкосерийное производство, новейшая серия открыла новую главу в истории 3D-печати в HP - volume точное и воспроизводимое производство, которое можно сравнить с литьем под давлением.

Среди наиболее примечательных особенностей серии 5200 - увеличенная мощность ламп внутри 3D-принтеров 5200. Это позволяет новой системе плавить порошок за один проход, в отличие от двухпроходного режима в предыдущих системах. В результате производительность системы повысилась на 40% и открываются возможности для 3D-печати высокотемпературных материалов.

Некоторые компании уже используют системы HP Jet Fusion 5200 для производственных приложений. Одним из примеров является производитель ветряных турбин Vestas, который использует эту технологию и материал TPU для производства компонентов защиты для своих лопастей ветряных мельниц.

Кроме того, канадский производитель шлемов Kupol также работает с системой, чтобы 3D-печать создавала более безопасные и удобные шлемы. Сама HP использует свои технологии для производства компонентов для других своих печатных машин.

Очевидно, что новые системы значительно расширяют возможности HP AM и позволяют ее клиентам по-настоящему использовать цифровое производство.

План развития материалов для 3D-печати от HP

План развития 3D-печати HP постепенно привел компанию от прототипирования и мелкосерийного производства к серийному аддитивному производству.

Хотя оборудование играет большую роль в этом прогрессе, было бы трудно, если бы не невозможно максимально использовать возможности MJF без постоянной разработки новых материалов.

Когда MJF был впервые представлен в 2016 году, технология ограничивалась одним материалом - полиамидом 12 (PA12), также известным как нейлон. Постепенно HP расширяет свой портфель материалов, включив в него более широкий ассортимент термопластов.

Например, сегодня принтеры серии 4200 могут печатать из различных типов нейлона, включая стеклянные бусины PA 11 и PA 12, нейлон с 40-процентным наполнением стеклянных шариков, а также гибкий и мягкий TPU. материал.

Хотя большинство из этих материалов доступны в последней серии 5200, недавно был выпущен один материал, полипропилен (PP), специально для новейших 3D-принтеров.

Разработанный в сотрудничестве с BASF полипропилен представляет собой универсальный, прочный и химически стойкий термопласт, обладающий теми же свойствами, что и полипропилен, широко применяемый при литье под давлением, включая химическую стойкость, низкое влагопоглощение и длительный срок службы. срок прочности.

Благодаря этим свойствам полипропилен особенно подходит для клиентов в автомобильной, потребительской, промышленной и медицинской отраслях.

Возможность повторного использования материалов HP

Что особенно интересно в материалах HP, так это их возможность многократного использования.

В полимерном PBF порошок, окружающий печатную деталь, представляет собой тот же материал, который используется для печати детали, и, как правило, является дорогостоящим. Конечно, это не было бы проблемой, если бы порошок можно было повторно использовать на 100%, что в настоящее время невозможно.

Одна из причин заключается в том, что в процессах PBF полимеры долго подвергаются воздействию высоких температур. периоды, таким образом претерпевая химические изменения, которые делают их характеристики спекания гораздо менее предсказуемыми. В настоящее время единственный способ решить эту проблему - это смешать «использованный, но не смешанный» порошок с новым порошком для повторного использования.

В процессе SLS только около 30-50 процентов порошка можно переработать, в то время как с MJF можно повторно использовать до 80% порошка. Такой высокий уровень возможности повторного использования порошка достигается за счет инновационных материалов.

Например, HP 3D High Reusability PA 122 был разработан для предотвращения роста молекул, когда материал подвергается воздействию температуры со временем. Эти материалы известны как материалы со средней или низкой реакционной способностью, и их можно повторно использовать до 80 процентов без ухудшения качества материала и, следовательно, без ущерба для качества деталей.

HP планирует и дальше расширять палитру материалов. более того, поставляя более широкое семейство термопластов, включая термопласты с огнестойкими свойствами, эластомеры, полиамиды, товарные пластмассы и высокоэффективные материалы.

Решающее значение для этого прогресса будет иметь открытая платформа HP Multi Jet Fusion, которая приглашает химические компании к сотрудничеству в разработке материалов для ускорения инноваций в материалах.

Новые горизонты:3D-печать металлом

За время своего относительно короткого присутствия на рынке 3D-печати из полимеров компания HP зарекомендовала себя как динамичный и амбициозный новатор. Теперь компания движется к следующему рубежу - 3D-печати металлом.

Следующим расширением ассортимента добавок, представленной в 2018 году, является система 3D-печати Metal Jet, основанная на технологии струйной печати связующего.

При нанесении металлического связующего жидкое связующее избирательно применяется для соединения частиц порошка слой за слоем.

Процесс начинается с распределения тонкого слоя порошка, при этом печатающие головки стратегически наносят капли связующего на слой порошка. Затем печатная форма опускается, и на нее распространяется еще один слой порошка.

Однако уникальное преимущество, которое HP представила этой технологии, заключается в ее инновационной печатающей головке и технологии чернил.

Хотя технология струйной печати связующего по своей природе является быстрой, HP применила свои знания в области технологии печатающих головок, чтобы сделать ее еще быстрее. Система Metal Jet оснащена 6 печатающими головками с 5280 соплами в каждой. Наличие этих нескольких рядов сопел повышает производительность и надежность принтера.

Кроме того, используя свой опыт в технологии чернил, HP разработала инновационное связующее, чтобы ускорить и удешевить процесс спекания.

«При литье металла под давлением обычно требуется сжечь более 10% связующего. В нашем случае у нас меньше 1%, что на порядок меньше, что делает его более быстрым, дешевым и гораздо более простым для агломерации », - говорит Тим ​​Вебер, глобальный руководитель отдела металлов HP, в интервью AMFG. .

В совокупности эти достижения привели к созданию металлического 3D-принтера, который, как говорят, обеспечивает экономию и эффективность, сопоставимую с традиционными технологиями производства.

Но HP еще не продает машину. Вместо этого компания запустила услугу по производству запчастей, стремясь сделать 3D-принтер коммерчески доступным в 2021 году.

Учитывая заявления HP о Metal Jet, эта технология может стать ключом к открытию экологически безопасных технологий. ценностное предложение для 3D-печати металлом в крупносерийном производстве.

Одной из отраслей, которая может особенно выиграть от этой технологии, является автомобилестроение. Volkswagen уже два года сотрудничает с HP в области технологии 3D-печати на металле, стремясь интегрировать структурные детали, напечатанные Metal Jet, такие как ручки переключения передач и крепления зеркал, в следующее поколение своих автомобилей.

Развитие цифрового производства

HP может быть не самым старым игроком в индустрии 3D-печати, но она твердо намерена стать лидером рынка.

Об этом свидетельствует не только амбициозный план развития 3D-печати HP, но и ее полная уверенность в своих технологиях. Эта уверенность, например, позволяет HP использовать 3D-печать как часть своей цепочки поставок, производя детали для своих 3D-принтеров.

С тех пор компания делает ставку на 3D-печать как на технологию цифрового производства. это первое испытание воды в этой отрасли. Теперь HP наращивает темпы 3D-печати, и будет интересно увидеть, в каком направлении она будет вести компанию и отрасль.