節(jié)省60%材料成本，華曙高科發(fā)布高分子材料2:8配比創(chuàng)新工藝

來源：華曙高科

3D打印材料是3D打印技術(shù)推廣應(yīng)用的基礎(chǔ)，也是根本保證，開發(fā)性能優(yōu)異的3D打印材料是推動3D打印行業(yè)進一步發(fā)展的強大動力。3D打印材料主要包括高分子材料、金屬材料和陶瓷材料等，由于高分子材料的熱塑性、流動性和快速冷卻粘結(jié)等特點，使高分子材料成為3D打印中消耗量最大、應(yīng)用最廣泛的加工耗材。

華曙高科是全球第一家設(shè)備制造+材料研發(fā)的工業(yè)級3D打印領(lǐng)航企業(yè)，自2009年成立以來，已成功研制出包括尼龍、碳纖維復(fù)合尼龍、玻璃微珠復(fù)合尼龍、礦物纖維復(fù)合尼龍、尼龍6、TPU等9種高分子3D打印材料，與合作伙伴聯(lián)合研發(fā)7款高分子3D打印材料，備受市場青睞。

為了降低客戶使用成本，全力推動3D打印產(chǎn)業(yè)化進程，華曙高科充分考慮到客戶在質(zhì)量、技術(shù)和成本方面的要求，通過創(chuàng)新研發(fā)，在保證產(chǎn)品品質(zhì)的前提下，成功提升高分子粉末材料的重復(fù)利用性，由之前的配粉5:5比例提升為2:8比例，即：配粉采用的配比為20%新粉+80%余粉，溢粉根據(jù)實際情況添加。

為何高分子粉末材料需要配比？
在傳統(tǒng)的選擇性激光燒結(jié)領(lǐng)域，打印完的粉包，除了工件外后，絕大部分是未被激光燒結(jié)粉末。這種長期處于熱環(huán)境下的未被激光燒結(jié)的粉末，一般稱之為余粉。在下次進行打印前，會將這些余粉進行過篩處理后，配比一定新粉再投入到設(shè)備中進行重復(fù)使用。

由于余粉長期處于熱的環(huán)境下，粉末會發(fā)生老化，包括余粉的熔融體流動性變差，粉末與粉末之間發(fā)生軟團聚等問題，導(dǎo)致如果新配的粉末中，如果余粉重量占比較多，燒結(jié)的工件將性能偏差，同時工件易出現(xiàn)橘皮等問題。所以新配的粉末中，余粉的量不能過多，絕大部分廠家推薦的新粉跟余粉的比例是5:5，使用到一定量時，所有的余粉都不能再次重復(fù)使用了。所以這樣會不斷產(chǎn)生無效粉末，不僅對客戶的生產(chǎn)成本產(chǎn)生極大的負(fù)擔(dān)，也會影響環(huán)境。

根據(jù)客戶生產(chǎn)現(xiàn)場實際，通常情況下我們綜合算得2：8是個分界線，即20%新粉+80%余粉，閑置的余粉越剩越多，將造成巨大浪費。


舉個例子，如40kg高分子粉末采用5:5配比，以8%的排包密度進行打印，那么結(jié)束后將會產(chǎn)生32kg左右的余粉，其中只有20kg余粉能夠配以20kg新粉再次重復(fù)使用，剩下的12kg余粉將完全閑置，依次類推，每一缸會產(chǎn)生12kg的閑置余粉無法使用，這將造成很大浪費，無形中增加了生產(chǎn)成本。

2:8配比工藝可為客戶節(jié)省60%材料成本
為了降低客戶使用成本，全力推動3D打印產(chǎn)業(yè)化進程，華曙高科通過創(chuàng)新研發(fā)，在保證產(chǎn)品品質(zhì)的前提下，成功提升高分子粉末材料的重復(fù)利用率，由之前的配粉5:5比例提升為2:8比例，即：配粉采用的配比為20%新粉，80%余粉，溢粉根據(jù)實際情況添加。

目前華曙高科通過相關(guān)的技術(shù)，已經(jīng)有幾款材料實現(xiàn)了低比例的新粉，包括FS3300PA，F(xiàn)S3401GB，F(xiàn)S3300PA-F，F(xiàn)S3401GB-F材料等。無論采用新粉與余粉配比5:5，還是配比2:8，燒結(jié)的工件性能與工件表面基本一致。對于客戶而言，在采用新粉:余粉為2:8的成本能降低60%，產(chǎn)品競爭力能得到顯著提高。

可以舉一個例子，客戶采用華曙HT403P設(shè)備進行打印，打印的包的高度約為400mm，打印的工件重量為7kg產(chǎn)品，那么他需要40kg的混合粉末，采用不同的配比成本如下：

工件成品性能穩(wěn)定，表面優(yōu)異
幫助客戶降低成本，提高產(chǎn)品競爭力，減少能源消耗一直是華曙高科為之努力的目標(biāo)。經(jīng)過系統(tǒng)實驗與數(shù)據(jù)監(jiān)測，證明采用這種粉末配比，其燒結(jié)的工件不僅性能穩(wěn)定，而且工件表面一致性較好。采用20%比例新粉添加的情況下，客戶的余粉使用會于動態(tài)平衡，并不會產(chǎn)生多余且無效的余粉。

華曙高科經(jīng)過大量工藝實驗探索和性能測試驗證，成功改進粉末配比，其成形樣件在物理性能和力學(xué)性能等方面均表現(xiàn)良好：

一方面通過獨立自主開發(fā)的材料生產(chǎn)線，調(diào)節(jié)材料的分子結(jié)構(gòu)設(shè)計，使余粉被激光熔化后的熔融體流動性與新粉熔融體流動性性能保持基本相同，確保工件表面不會產(chǎn)生橘皮。

另一方面，減少粉末與粉末之間的硬團聚。當(dāng)粉末與粉末硬團聚較多時，不僅會導(dǎo)致粉末流動性變差，使得工件總的孔隙率較高，影響工件性能；同時硬團聚的粉末吸收激光能量后，粉末熔化的也不完全，粉末熔融體的流動性較差，那么每次被激光融化的熔融體收縮也會不一致。為減少熱環(huán)境下粉末的硬團聚，我們通過在制粉工藝提高粉末的熱穩(wěn)定性，使得在高溫?zé)岬沫h(huán)境下，粉末與粉末之間的硬團聚減少，同時通過后期的物理方法，消除粉末與粉末之間的硬團聚。

據(jù)悉，華曙高科這一技術(shù)手段已申請相關(guān)的發(fā)明專利，并取得正式授權(quán)。