3D metaalprinten | 5 min Leestijd

Wat is Single Pass Jetting?

Dennie Rijk
14-09-22

Het Desktop Metal Production System is ontworpen als de snelste manier om metaalonderdelen additief te vervaardigen. Het systeem ontleent zijn snelheid aan een verzameling technologieën die samen Single Pass Jetting™ worden genoemd.

Het productiesysteem is in essentie een binderjetting-systeem. Binder jetting is een relatief eenvudig proces welke is uitgevonden in de late jaren '80 in de laboratoria van MIT door Ely Sachs, één van de oprichters van Desktop Metal. Alle binderjetsystemen voeren vergelijkbare stappen uit om 3D-geprinte metalen onderdelen te maken.

In deze blog gaan we dieper op Single Pass Jetting in.

Het proces van binder jetting

In deze alinea leggen we uit hoe de basisprincipes in binder jetting werken om de vergelijking met Single Pass Jetting te kunnen maken.

1. Eerst wordt vers poeder op het printbed aangebracht. Er zijn verschillende manieren om deze stap uit te voeren. Sommige printers gebruiken een zogenaamde "bed-to-bed" poederdosering, waarbij het poeder wordt aangevoerd door een aanvoerzuiger, en dat poeder vervolgens bovenop het printbed wordt geduwd. Een andere mogelijkheid is dat het poeder van bovenaf wordt gedoseerd en dat de doseerinrichting over het bed wordt verplaatst om het poeder te verdelen.


Single Pass Jetting[01 Poederafzetting]
De eerste stap in het proces is het neerleggen van metaalpoeder
 

2. Vervolgens wordt het vers gedeponeerde poeder gelijkmatig over het bed verspreid en ietwat verdicht. Vibrerende messen en contra-roterende rollen zijn twee voorbeelden van de gebruikelijke manieren waarop dit kan worden uitgevoerd.


Single Pass Jetting[02 Poederverspreiding en verdichting]
De tweede stap in het proces is het verspreiden en verdichten van het metaalpoeder
 

3. Nu is het poederbed klaar voor de toevoeging van het bindmiddel. Het bindmiddel wordt meestal met inkjettechnologie in een patroon op het bed aangebracht. Een of meer inkjetprintkoppen vormen een reeks spuitkoppen die de druppels precies daar kunnen spuiten waar het bindmiddel nodig is. Tijdens deze stap wordt die spuitkop in ten minste één richting over de build box verplaatst. Het is van cruciaal belang dat elke pixel benaderbaar is. Als de spuitkop korter is dan de build box OF als de printkoppen een lagere native resolutie hebben dan de gewenste printresolutie, is het noodzakelijk om de spuitkoparray in twee richtingen te verplaatsen om het printen te voltooien (zoals hieronder geïllustreerd).


Single Pass Jetting[03 Scannen van bindmiddelafzetting]
De derde stap in het proces is het aanbrengen van bindmiddel op het metaalpoeder via een scanbewerking
 

4. Een laatste (en soms optionele) stap is het drogen of nabehandelen van het bed waarop het natte bindmiddel is aangebracht.


Single Pass Jetting[De vierde stap in het proces is het drogen van het natte bindmiddel]

Deze stappen worden dan herhaald voor de volgende laag, en het proces herhaalt zich tot de build voltooid is.

Alle binderjetsystemen maken gebruik van processtappen die vergelijkbaar zijn met als hiervoor beschreven, hoewel er een groot aantal variaties bestaat. Wanneer de stappen serieel en via een afzonderlijke beweging van componenten worden uitgevoerd, moet elke stap worden voltooid voordat de volgende kan beginnen. Deze aanpak is typerend voor binder jetting, met als gevolg dat het 20 seconden of meer duurt om elke laag te voltooien. Dat klinkt snel, maar voor één enkele build box kunnen duizenden lagen nodig zijn. Voor zeer dunne lagen neemt het aantal lagen (en de tijd om de build box af te werken) evenredig toe.

Wil je meer weten over 3D metaalprinten?

Lees meer in ons nieuwe Ebook

Download nu

Single Pass Jetting zorgt voor snellere builds

05_SPJ-RC1-01[Desktop Metal Single Pass Jetting]

Dit is waar Single Pass Jetting (SPJ)™ zich onderscheidt. SPJ neemt al die stappen van het binderjettingproces en combineert ze in één enkele, uniforme stap. Met één enkele beweging van de geïntegreerde drager wordt een volledige laag afgewerkt. Door deze stappen gelijktijdig uit te voeren, wordt elke laag in slechts 3 seconden afgewerkt. Dit versnelt het printproces enorm en zorgt voor de ongeëvenaarde snelheden van het Desktop Metal-productiesysteem.

Single Pass Jetting[Schema van een Desktop Metal P-50 printkopdrager]

Dit schema illustreert de verschillende modules van de P-50 printkoppendrager. Deze modules werken samen om een afgewerkte laag te produceren.

A. Het proces begint met het doseren van poeder. De Desktop Metal-productieprinter beschikt over twee hoppers voor vers poeder. Dit poeder wordt automatisch naar de hoppers getransporteerd door de Powder Process Unit (PPU).

B. 1. Het poeder wordt gecontroleerd vanuit de hoppers op het bed gedoseerd via een nauwkeurige opening tussen twee contra-roterende rollen. Onze SPJ™-technologie maakt gebruik van een aanpak die Constant Wave Spreading [SB1] wordt genoemd om een consistente "golf" poeder voor de verdichtingsrol te produceren. Dit resulteert in een consistente beddichtheid (een belangrijke vereiste om strakke geometrische toleranties en consistentie te leveren).
B.2. De verdichtingswals werkt samen met de dosering om het afgegeven poeder te verspreiden en licht te verdichten.

C. De antiballistische module [SB2], een technologie die uniek is voor het Desktop Metal-productiesysteem, behandelt het vers samengeperste poederbed om deeltjes tijdens het printproces te beheersen. Druppels uit de inkjetprintkoppen worden met een snelheid tot 8 meter per seconde afgegeven. Wanneer ze het poederbed raken, wordt een deel van die kinetische energie overgedragen op de deeltjes in het bed. Ongecontroleerd kunnen de deeltjes terugvliegen naar de inkjetprintkoppen en na verloop van tijd de nozzles verstoppen. Antiballistische technologie elimineert deze uitstoot, waardoor de betrouwbaarheid van de jetting sterk verbetert.

D. De printmodule bevat de inkjetprint-array [SB3], die in staat is om elke 1200x1200dpi-pixellocatie op het bed in een single pass aan te pakken. Desktop Metal koos bewust voor de best presterende industriële inkjetprintkop om een hoge resolutie en een hoge doorvoercapaciteit in één printgang te kunnen leveren. Door het poederbed aan te pakken via een array van spuitmonden, realiseert het productiesysteem een 100X hogere snelheid dan vectorgebaseerde methodes zoals poederbedfusie. Bovendien maakt de volledige array gebruik van anti-banding technologie. Dit houdt in dat hij tussen elke laag kan worden gependeld. Door de array ietwat in de richting loodrecht op het bovenstaande schema te bewegen, wordt een consistente bindmiddeldekking gegarandeerd in het geval dat er af en toe een spuitmond uitvalt.

Dit proces levert binnen enkele seconden een voltooide laag op. Het symmetrische ontwerp van de wagen betekent dat dezelfde stappen kunnen worden gereproduceerd als de drager het bed in tegengestelde richting doorkruist. Deze bi-directionele printmogelijkheid garandeert een maximale productiviteit zonder verspilde bewegingen. Zodra een laag voltooid is, daalt het build-platform naar de hoogte van de laag en begint onmiddellijk met het printen van de volgende laag.

Production-Printhead-RC1-01_2021-03-26-163716[Desktop Metal Single Pass Jetting Productiesysteem printkop]

De schaalbaarheid van Single Pass Jetting

Een ander belangrijk aspect van alle technologieën waaruit Single Pass Jetting bestaat, is hun schaalbaarheid. De grootte van de build box kan in elke dimensie worden vergroot met relatief eenvoudige wijzigingen aan de modules. Dit betekent dat de technologie zich in de loop der tijd kan ontwikkelen en kan meegroeien met toekomstige mogelijkheden.

Een sprong voorwaarts in productiviteit met Single Pass Jetting

Samengevat betekent binder jet een aanzienlijke sprong voorwaarts in productiviteit vergeleken met conventionele metaaladditieve benaderingen. Door gebruik te maken van een reeks spuitmonden om het printbed te bewerken, kan binderjetting vele malen sneller zijn dan de vectorgebaseerde benaderingen die nu gebruikelijk zijn op de markt. Desktop Metals Single Pass Jetting-systeem tilt de binderjet-technologie naar een hoger niveau, door alle binderjet-stappen te consolideren in één enkele drager. Zo worden alle verspilde bewegingen geëlimineerd en voltooide lagen in slechts enkele seconden geproduceerd. De combinatie van dit alles zorgt voor een productiviteit die vele malen sneller is dan bij concurrerende methodes, zonder dat dit ten koste gaat van de printresolutie of productkwaliteit.

Vond je dit artikel interessant?

Krijg de nieuwste blogs direct in je mailbox door je hieronder in te schrijven.
Je geeft toestemming aan Layertec om je ingediende persoonlijke informatie op te slaan en te verwerken om je van de gevraagde informatie te voorzien.

Dennie Rijk

Wellicht ook interessant