专利:配粉5:5比例提升为2:8比例,为客户节省60%材料成本 

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发布时间: 2021-06-23 11:14
据资源库了解,湖南华曙科技最近公布了一款关于高分子材料粉末配比的相关专利,其中提到采用配比为20%新粉+80%余粉;可以客户降低60%材料成本;同时经过大量的测试验证,其成形样件在物理性能和力学性能等方面表现良好。以下就是相关的详细介绍,我们来看看这个专利是如何“化腐朽为奇迹”的。

华曙高科是全球第一家设备制造+材料研发的工业级3D打印领航企业,自2009年成立以来,已成功研制出包括尼龙、碳纤维复合尼龙、玻璃微珠复合尼龙、矿物纤维复合尼龙、尼龙6、TPU等9种高分子3D打印材料,与合作伙伴联合研发7款高分子3D打印材料,备受市场青睐。

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为了降低客户使用成本,全力推动3D打印产业化进程,华曙高科充分考虑到客户在质量、技术和成本方面的要求,通过创新研发,在保证产品品质的前提下,成功提升高分子粉末材料的重复利用性,由之前的配粉5:5比例提升为2:8比例,即:配粉采用的配比为20%新粉+80%余粉,溢粉根据实际情况添加。

为何高分子粉末材料需要配比?


在传统的选择性激光烧结领域,打印完的粉包,除了工件外后,绝大部分是未被激光烧结粉末。这种长期处于热环境下的未被激光烧结的粉末,一般称之为余粉。在下次进行打印前,会将这些余粉进行过筛处理后,配比一定新粉再投入到设备中进行重复使用。

由于余粉长期处于热的环境下,粉末会发生老化,包括余粉的熔融体流动性变差,粉末与粉末之间发生软团聚等问题,导致在新配的粉末中,如果余粉重量占比较多,烧结的工件将性能偏差,同时工件易出现橘皮等问题。所以新配的粉末中,余粉的量不能过多,绝大部分厂家推荐的新粉跟余粉的比例是5:5,使用到一定量时,所有的余粉都不能再次重复使用了。所以这样会不断产生无效粉末,不仅对客户的生产成本产生极大的负担,也会影响环境。

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根据客户生产现场实际,通常情况下我们综合算得2:8是个分界线,即20%新粉+80%余粉,闲置的余粉越剩越多,将造成巨大浪费。

举个例子
如40kg高分子粉末采用5:5配比,以8%的排包密度进行打印,那么结束后将会产生32kg左右的余粉,其中只有20kg余粉能够配以20kg新粉再次重复使用,剩下的12kg余粉将完全闲置,依次类推,每一缸会产生12kg的闲置余粉无法使用,这将造成很大浪费,无形中增加了生产成本。

2:8配比工艺可为客户节省60%材料成本

为了降低客户使用成本,全力推动3D打印产业化进程,华曙高科通过创新研发,在保证产品品质的前提下,成功提升高分子粉末材料的重复利用率,由之前的配粉5:5比例提升为2:8比例,即:配粉采用的配比为20%新粉,80%余粉,溢粉根据实际情况添加。

目前华曙高科通过相关的技术,已经有几款材料实现了低比例的新粉,包括FS3300PA,FS3401GB,FS3300PA-F,FS3401GB-F材料等。无论采用新粉与余粉配比5:5,还是配比2:8,烧结的工件性能与工件表面基本一致。对于客户而言,在采用新粉:余粉为2:8的成本能降低60%,产品竞争力能得到显著提高。

可以举一个例子,客户采用华曙HT403P设备进行打印,打印的包的高度约为400mm,打印的工件重量为7kg产品,那么他需要40kg的混合粉末,采用不同的配比成本如下:

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工件成品性能稳定,表面优异

帮助客户降低成本,提高产品竞争力,减少能源消耗一直是华曙高科为之努力的目标。经过系统实验与数据监测,证明采用这种粉末配比,其烧结的工件不仅性能稳定,而且工件表面一致性较好。采用20%比例新粉添加的情况下,客户的余粉使用会于动态平衡,并不会产生多余且无效的余粉。

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华曙高科经过大量工艺实验探索和性能测试验证,成功改进粉末配比,其成形样件在物理性能和力学性能等方面均表现良好:

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一方面通过独立自主开发的材料生产线,调节材料的分子结构设计,使余粉被激光熔化后的熔融体流动性与新粉熔融体流动性性能保持基本相同,确保工件表面不会产生橘皮。

另一方面,减少粉末与粉末之间的硬团聚。当粉末与粉末硬团聚较多时,不仅会导致粉末流动性变差,使得工件总的孔隙率较高,影响工件性能;同时硬团聚的粉末吸收激光能量后,粉末熔化的也不完全,粉末熔融体的流动性较差,那么每次被激光融化的熔融体收缩也会不一致。为减少热环境下粉末的硬团聚,我们通过在制粉工艺提高粉末的热稳定性,使得在高温热的环境下,粉末与粉末之间的硬团聚减少,同时通过后期的物理方法,消除粉末与粉末之间的硬团聚。

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华曙高科这一技术手段已申请相关的发明专利,并取得正式授权。看到这里我们不难知道简单的把粉末配比从5:5比例提升为2:8得到的效果是惊人的,这也是实践出真知的一个典型案例了,其实创新并不难,我们需要多去发现。

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