粘合与软件：软件的进步将最大限度地拓展喷射粘合3D打印技术的生产潜力

　　正如ExOne在最新一期TCT杂志上所做的大胆宣言，2021年将是喷射粘合喷射粘合技术重要的增材制造(AM)的一年。随着GE Additive、Desktop Metal和HP等公司研发的新机器大量涌入市场，我们与该领域的多家公司进行了沟通，以了解软件如何解决该技术的复杂性并最大限度提升其生产能力。

　　对于喷射粘合技术的先驱者来说，软件在ExOne公司进行打印前、打印中和打印后均发挥着关键作用。考虑到造成收缩的原因包括粘合剂数量和干燥时间，该公司不仅在内部独立开发，还与Siemens、Ansys和Altair等外部合作伙伴合作开发了相关工具，以处理设计，进行实时过程监控、控制和分析。为了减轻烧结的影响，金属注射成型(MIM)行业在数十年前已经成功部署了“必要的后处理步骤”，但其效果仍然难以预测。ExOne公司相关人员向TCT表示，ExOne已经创建了“完整软件控制方法”，并预计随着喷射粘合技术需求的增加，将会出现一系列商业软件解决方案。

　　ExOne的首席技术官兼新市场副总裁Rick Lucas补充道：“毫无疑问，这有助于简化流程并增加未来的采用率。对喷射粘合技术行业来说，这确实是激动振奋的时刻，大量软件供应商会被拉入市场，以帮助支持这一关键的可持续制造技术。”

　　Lucas或许说中了。模拟专家Simufact最近推出了一款金属喷射粘合技术工具，该工具可以预测并防止烧结过程中发生的变形，位于Simufact Additive中，可以解决喷射粘合工艺中的一个关键性挑战，即在该工艺中，零件的体积有时会缩小达三分之一。Simufact表示，现在没有掌握专业模拟知识的用户也可以对热应变、摩擦、重力和烧结引起的机械应力等烧结效应进行控制，并在设计层面对这些因素进行补偿。

　　海克斯康智能制造部下属Simufact技术业务开发部门的Jeff Robertson告诉TCT：“在我们看来，过程模拟是一项基本技术，可以帮助推动金属喷射粘合增材制造的工业化。很显然，如果没有强大的烧结模拟功能，公司很难像我们所期望的那样将MBJ作为可扩展的生产技术并对其充分利用。”

　　Robertson表示，客户最需要的功能是执行几何补偿的能力。如果喷射粘合技术能够继续为它目前在整个行业中吸引的客户服务例如，GE Additive，Cummins、Wabtec和Sandvik;HP，Volkswagen和U.S. Marine Corp，这些功能的重要性将变得更加突出。

　　Robertson补充说：“很明显，与L-PBF相比，MBJ可以充分降低成本并缩短加工时间，将增材制造的优势带入新的汽车和工业应用中。而且在这方面，各公司之间还存在竞争。只有少数打印机的原始设备制造商可以实现这一初步突破，而至关重要的部分是：有助于理解数据并指导用户采取必要步骤以实现可重复质量的软件。”

　　不过，一些设备制造商也在独立构建工具。以其粘结沉积技术而闻名的Desktop Metal最近推出了Live Sinter平台，旨在消除烧结的反复试验过程，并改善零件形状和尺寸公差。为实现该目标，该软件采用专有算法，通过在零件设计中填充可像在熔炉中一样经过收缩和变形过程的“单元”来生成负偏移几何形状，从而消除对支持的需求，并确保所得零件与最终几何形状的偏差不超过1%。Live Sinter还可最大限度地减少对专业烧结知识的需求，从而改善通常用于在炉内支撑零件的定位器的使用。

　　Desktop Metal的软件副总裁Andy Roberts表示：“如果你确切知道收缩率，那么你就可以将零部件放进炉子，以确保在收缩后零部件达到合适的尺寸。但遗憾的是，这并没有那么简单。因为零件会在不同方向上出现不同程度的收缩，并且由于零件会收缩，但定位器不会收缩，零件会与定位器产生摩擦，从而产生摩擦阻力。这会导致该零件产生相对于定位器的拖拽，并在收缩时发生弯曲、变形，有时甚至会出现破裂。”

　　Live Sinter中的负偏移和最终MBJ部件

　　Live Sinter在GPU加速多物理引擎上运行，配备从游戏世界借鉴的一组Nvidia物理工具，结合了无网格有限元分析(FEA)技术，可以快速处理零件中数以千计的单元。Roberts向我们分享了该团队如何不断调整参数，并发现新的解决方案来应对其他挑战，例如如何确保带有切口的不对称零件在收缩时不变形，或者粉末撒布机如何引起密度不均的问题。

　　清洁工，它配备有反向旋转的刷子，可以推动其前方的一堆粉末。我们发现，当粉末层越过有印刷材料的前一层时，几乎就像在街道上碰到一个井盖，会导致零件前导面的密度突然增大。”

　　“Live Sinter的作用是模拟零部件在打印后的行为，包括零部件内部出现的密度不均，以及在烧结过程中会出现摩擦和翘曲的区域。所以这不仅仅是模拟烧结过程，而且还可以模拟打印机和由此产生的熔炉效果。”

　　最近，在Materialise的协助下，Live Sinter为Desktop Metal开发了一个特定平台。Materialise以其软件专业知识而闻名，为许多领先的增材制造硬件供应商提供了支持。通过此次合作，Materialize将提供更多的烧结支持生成和金属粘结剂喷射增强的3D嵌套功能，作为其Magics SG+模块的一部分。

　　Materialize Software副总裁兼常务董事Stefaan Motte告诉TCT：“开包即用软件通常不能满足喷射粘合技术的独特要求。此外，由于该技术配备大型平台，且通常用于打印较小的零件，实现较高的打印速度，喷射粘合通常还需要更加巨大的零件和数据管理。在结合管理软件与机器之间通信的构建处理器一起使用时，我们的增材制造管理软件Streamics可以帮助实现更加巨大的零件和数据管理。”

　　Motte解释了Materialise的构建处理器如何为所有打印技术创建标准化的工作流程，对于在不同制造环境下工作的公司来说至关重要。但他也提醒道，这在喷射粘合技术方面存在根本区别，即零件数据是通过图像而不是刀具路径传递到机器的。

　　Motte详细描述道：“有两种方法可以将内容传递到喷射粘合机上。第一种方法是向机器传输将被转换成图像的构成部分，或直接提供图像。Materialise目前采用的是向Desktop Metal机器传输产品的构成部分，但我们目前也在考虑直接从构建处理器提供图像的方法。”

　　尽管喷射粘合技术已经问世二十多年，但它仍然是一个复杂的过程。该技术在速度、材料多样性，以及当今最相关的可持续性方面仍具有优势，表明着该技术适用于生产应用。

　　Simufact的Robertson补充说：“这个行业需要一种工具，一种可以让增材制造专业人员和工程师能够成功及可重复制造零件的工具。如果我们能提供这样的工具，那我们就是赢家。”