粘結的案例
金屬粘結劑噴射3D打印：在嘗試使用該技術時須考慮整個工藝鏈
金屬粘結劑噴射技術作為一種能夠實現批量制造的3D打印工藝，一直被業界關注，但很大程度上仍停留在關注的層面。尤其對于國內來說，開發商數量非常稀少，相關用戶更是沒辦法和基于激光的SLM技術相提并論。需要特別指出的是，粘結劑噴射技術雖廣受期待，但仍有很多關鍵因素需要關注，在批量化制造方面更是存在挑戰。本文歸屬《粘結劑噴射金屬3D打印專題二》。
粘結劑噴射技術工藝原理
粘結劑噴射技術實際上在上世紀90年代就已開發出來，該技術在制造速度和制造成本上都具有顯著優勢；3D打印技術參考曾經將粉末床熔融工藝與粘結劑噴射工藝進行過比較，后者的優點非常之多，如打印過程中無需支撐、不會產生內應力、材料更加豐富而且打印過程中零件也可以互相堆疊等等。
打印過程無支撐、可堆疊
由于金屬粉末并不會像在激光成型中那樣容易粘附在零件表面，所以粘結劑噴射成型的金屬零件無論上表面還是下表面均具有相同的表面質量，這對于零件的設計約束得到了進一步釋放。可以說，粘結劑噴射技術所能成型的零件在復雜程度方面比粉末床熔融工藝可以更具靈活性。
圓形噴嘴截面：上部為無支撐結構的粘結劑噴射成型；下部為內部含有不同數量支撐的SLM成型
但用戶不能憑借這些優勢就急急忙忙上線該工藝的制造平臺，在決定使用粘結劑噴射這一未經批量生產驗證的技術時，考慮因素不僅包括技術本身，還涉及很多與它相關的其他因素，對整個工藝鏈的充分認識是決策的基礎。對粘結劑噴射成型的討論要擴展到構建過程之外，獨立于機器或制造商，必須在工藝鏈中解決某些問題，了解相互依賴的各種工藝因素。
展開 喵星人教會你如何在ABAQUS中提取粘結-滑移
<p><span style="background-color: rgba(0, 0, 0, 0);">粘結滑移行為是結構工程精細化有限元的重要部分。常見的應用場景例如FRP加固結構中的粘結界面、新舊混凝土疊合面、鋼筋和混凝土的粘結界面等。相比綁定/內置，考慮粘結滑移的模型可能出現變形增大，峰值位移相對滯后，剛度相對較低，滯回曲線捏縮等宏觀現象，但對模型本身粘結力和滑移大小等微觀行為的查看使用者通常不知如何處理。今天喵星人就通過一個視頻教會大家如何提取ABAQUS中的粘結-滑移。</span></p><p><br></p><p class="ql-align-center"><strong style="color: rgb(38, 38, 38);">1.</strong><strong style="color: rgb(0, 0, 0);">Cohesive</strong></p><p><span style="background-color: rgba(0, 0, 0, 0);">在加固結構、疊合構件等相互作用表面通常采用Cohesive考慮界面間的粘結滑移。本案例為喵星人論文復現課程“ABAQUS碩士學位論文/SCI論文復現—FRP加固RC梁四點彎曲脫粘過程”，模型如下圖。
展開 國產：粘結劑噴射金屬3D打印墨水，長沙墨科瑞取得突破
粘結劑噴射金屬3D打印目前在國內還處于初期發展階段，墨科瑞創始人兼總經理李昕向南極熊表示，“墨水之所以能研制成功，是墨科瑞團隊與易制科技（華科增材中心）、中科院金屬所、中南大學、先臨三維等單位和個人通力協作而獲得的成果。目前國內相關研發設備、墨水、粉末、工藝等的公司和團隊都還處于單打獨斗的狀態。希望今后能有更多的院校、公司、團隊和個人加入進來，建立起良好的生態鏈，大家添磚加瓦，各盡所長，共同促進粘結劑噴射金屬3D打印在中國的蓬勃發展。”
國內粘結劑噴射3D打印技術開放
2021年3月，國內為數不多的做粘結劑噴射金屬3D打印機的武漢易制科技，通過南極熊公開了的粘結劑噴射3D打印套件包，包括系統軟件、打印驅動卡、多頭分配卡、噴頭供墨系統等，引起業內的強烈關注。
△3D打印的鞋模具
把粘結劑噴射金屬3D打印系統開源之后，將會大大降低進入門檻，刺激產業更快發展：
有基本控制技術的團隊就能制造出3DP金屬3D打印機；
如果有材料開發能力，在此基礎之上可以進行材料開發和工藝改進；
有工業設計能力的團隊還可以美化打印機外觀。
而且本系統是功能模塊化設計，就是說每個運動都可以單步動作，開發者可以任意設計組合各種功能。甚至專業的用戶可以通過調整波形來適應不同的墨水粘合劑。
關于長沙墨科瑞網絡科技有限公司
長沙墨科瑞網絡科技有限成立于2019年，專業從事特種間接金屬3D打印技術（材料、設備、工藝）的研發、生產。目前專注的領域包括：
★“特種間接金屬3D打印技術”（燒結無收縮、無變形；擁有自主知識產權）。
★粘結劑噴射（3DP）墨水（環保水性；適用金屬粉末、陶瓷粉末）。
★粘結劑噴射金屬3D打印金屬粉末（包括金屬陶瓷粉末）。
★金屬粘土（不銹鋼、銅、鋁、銀、鈦合金、高溫合金、……）。
展開 具備粘結劑噴射技術成型潛力的金屬和非金屬材料超過40種
Digital Metal材料性能數據（含新推出的純銅）
鋁合金是汽車和航空航天業中最常用的金屬之一，但其在粘結劑噴射成型技術中一直面臨挑戰，其主要原因是在打印完成后的燒結過程中容易導致鋁合金燃燒。不過在今年3月， ExOne已經成功實現了現了6061鋁合金粘結劑噴射3D打印。
ExOne粘結劑噴射技術可用于3D打印的鋁合金
銅的粘結劑噴射成型一直在被研究，2015年的一項研究使用Exone的打印機證明了銅的可打印性，同時也闡明純金屬粘結劑噴射成形面臨的一個主要挑戰是提高零件的燒結性和致密性。不過，純銅的粘結劑噴射成型也已經被克服。今年2月，Digital Metal宣布推出純銅3D打印材料，成為第一個為粘結劑噴射3D打印系統提供官方認證的純銅材料和工藝的設備商。
Digital Metal粘結劑噴射技術3D打印的純銅
粘結劑噴射工藝雖然簡單，但是，優化設備、粘結劑、粉末和后處理步驟，提供市場所需的每種粉末的精確密度和材料冶金性能，是一項嚴肅的工作。目前，粘結劑噴射成型技術已用于汽車、航空航天、國防、能源和消費類應用的精密最終用途零件制造，其應用潛力和挑戰同在。
展開 
ANSYS鋼筋混凝土（三）分離式建模（粘結滑移）
01 分離式建模方法（考慮粘結滑移）
半年沒更帖子，最近有時間繼續把坑補完。
上次介紹了ANSYS中模擬鋼筋混凝土構件的分離式建模方法，鋼筋和混凝土之間的相互作用關系是共節點。而實際上，鋼筋與其附近的混凝土之間存在粘結-滑移的關系。
本文介紹下一種ANSYS中鋼筋混凝土模擬的一種進階方法——分離式建模（考慮粘結滑移）
粘結-滑移作用通過在重合的鋼筋和混凝土節點上添加非線性彈簧combin39來考慮。這意味著在建立幾何模型和劃分網格時，需要注意以下兩點：
① 混凝土梁體和鋼筋需要分別建模（而非在梁體上切割出鋼筋線體后賦值）。
② 混凝土梁體的節點位置需要和鋼筋節點位置相重合（或接近），這意味著劃分網格時，需要協調兩者的單元尺寸。
混凝土與鋼筋節點位置重合（或靠近）
對于鋼筋混凝土梁，一般來說只需對縱筋考慮粘結-滑移作用。因此對位置重合的鋼筋和混凝土節點，在梁截面的兩個方向只須耦合其自由度，在縱向（縱筋方向）添加非線性彈簧Combin39即可。
其中，非線性彈簧的F-X屬性即是鋼筋混凝土粘結滑移關系（注意要乘以單元長度）。這個粘結滑移關系有大量可供參考的規范和文獻，可按需取用。
02 案例分析
仍然是如下圖所示的一根鋼筋混凝土梁，使用考慮粘結滑移的分離式建模方法模擬，此次計算中不考慮箍筋的建模。
鋼筋混凝土梁尺寸簡圖
有限元模型示意圖如下：
鋼筋混凝土梁模型示意圖
核心的命令流是如何寫一個循環，自動地對重合的混凝土和鋼筋節點施加耦合作用和非線性彈簧單元：
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展開 幾乎無收縮和變形，墨科瑞發明粘結劑噴射金屬3D打印低溫燒結技術
南極熊導讀：粘結劑噴射金屬3D打印技術（BJ，Binder Jetting）近年從眾多的金屬3D打印技術中脫穎而出，已在全球形成一種強勁的趨勢；可能比SLM激光金屬3D打印技術有著更大規模工業應用潛力，今年大眾汽車和福特汽車紛紛宣布使用粘結劑噴射3D打印技術批量生產汽車零件。但與粘結劑噴射技術相關墨水、噴頭、燒結等核心技術一直被國外巨頭把持，成為國內相關領域的“卡脖子”技術。
南極熊不久前曾報道過，長沙墨科瑞公司成功研發出兩款環保型水性粘結劑噴射金屬3D打印用墨水，填補了國內空白。
2021年國慶假期剛過，南極熊獲悉，長沙墨科瑞研制成功獨特的粘結劑噴射金屬3D打印低溫燒結技術。
△低溫燒結后得到的金屬3D打印零件
01
粘結劑噴射金屬3D打印的優勢及挑戰
粘結劑噴射金屬3D打印技術（BJ，Binder Jetting），以高效的大幅面打印速度、高精度、高復雜結構、無支撐、多材料組合等，也已形成技術、成本等綜合競爭優勢。
然而，粘結劑噴射金屬3D打印技術（BJ）的進一步發展同樣面臨諸多挑戰。
除了相關裝備（噴頭、控制板卡）、材料（粘結劑、納米墨水）等“卡脖子”技術外，業內人士都知道，很大的挑戰還來自于后處理燒結技術。在金屬“生坯”的后處理冶金燒結過程中，會不可避免地出現收縮、非對稱變形等難以克服的技術問題。
打印的金屬“生坯”部件越大，出現的收縮、非對稱變形也會越大。這也是傳統的粉末冶金、MIM（金屬注射成型）不能制作大件的根本原因。
金屬“生坯”后處理燒結中出現的收縮、非對稱變形問題，同樣阻礙國外巨頭的發展。據了解，國外從事粘結劑噴射金屬3D打印技術（BJ）的公司，大都希望通過發展各種仿真燒結軟件或者開發金屬納米粘結劑來解決收縮和變形難題。
展開 仿真工程師為什么要在bonded（粘結）連接中使用基于MPC（多點約束）的接觸？
在我們深入探討使用多點約束接觸的優勢之前，讓我們先回顧一下默認（純罰函數）粘結的含義。粘結接觸是一種基于接觸連接的線性形式。兩個物體之間基于線性罰函數的接觸連接必須在一個物體上有接觸單元，在另一個物體上有目標單元。接觸單元和目標單元就像一層皮膚一樣位于每個物體實體單元的外表面上。
接觸單元和目標單元沒有實際的自由度，它們依附于所連接的實體單元。在每個載荷增量的開始，接觸單元會搜索在其關注范圍內的任何目標單元，該范圍由接觸對的 “pinball radius”（搜索半徑）設置定義。接觸單元在法向具有剛度，該剛度定義了兩個物體之間的連接。你可以把接觸單元想象成一種膠水，將物體粘在一起。這種膠水的剛度就是法向接觸剛度。所以，盡管有“粘結”的定義，但兩個物體之間的連接仍然存在一定的柔性，如下所示，一個簡單測試模型的接觸剛度與產生的間隙的關系圖說明了這一點：
相比之下，用于粘結接觸的MPC公式不會為連接計算剛度。MPC連接在接觸面上和目標面上的實體單元之間使用剛性約束方程，以實現真正的粘結連接。連接位置仍然使用接觸單元的搜索半徑確定，但在此之后，接觸單元將被內部約束方程所取代。MPC方法具有以下優點：
? 約束方程消除了接觸面和目標面上節點處的自由度。這減小了問題的規模，不過你可能需要密切關注所使用的求解器方法。在使用約束方程時，某些求解器的表現優于其他求解器。
? 由于約束方程定義了剛性連接，因此不需要進行接觸剛度計算。
? 同時考慮了平動自由度和轉動自由度。
? 由于約束方程基于MPC，因此在大變形分析中它們將被更新。
? MPC 選項也適用于不分離線性接觸。因此，如果你需要一個真正的粘結或不分離連接，同時減少自由度數量并在大變形中更新，不妨試試MPC粘結和MPC不分離公式。
展開 清華張強&北理工陳人杰、黃佳琦AEM綜述: 鋰硫電池功能性粘結劑綜述
通常，Li-S電池中的正極主要包括四個組成部分：集流體，電化學活性硫材料，導電碳添加劑和聚合物粘結劑。聚合物粘結劑通常是惰性的，不導電的，并且通常以小劑量加入到電極中。然而，聚合物粘結劑在硫正極中起著不可或缺的作用，包括：1）確保活性硫顆粒與導電碳主體之間的緊密接觸; 2）提供強大的粘合力以將S/C活性材料結合到集流體上; 3）緩解充放電期間硫的體積變化并保持電極結構的完整性。尤其是在具有高面積硫負載量的情況下，聚合物粘結劑的作用對于維持正極的結構穩定性是至關重要的；4）由于元素硫和放電產物的絕緣性質，開發了聚合物粘結劑以促進硫正極中的Li離子傳輸和電子轉移；此外，對于Li-S電池中的穿梭效應，還可以引入能夠與多硫化物相互作用的功能性結合物，5）捕獲可溶性多硫化物，6）促進多硫化物的氧化還原反應動力學，7）最終調節可溶性多硫化物中間體的溶解和擴散。
近日，清華大學張強教授、北京理工大學陳人杰教授、黃佳琦研究員聯合東京大學 xiang rong教授（共同通訊作者）在Advanced Energy Materials上撰寫了題為“A Review of Functional Binders in Lithium–Sulfur Batteries”的綜述文章。該綜述著眼于聚合物粘合劑的功能和效果，系統地總結了最近在硫正極中的聚合物粘合劑研究方面的進展，根據粘合劑的主要功能對粘合劑進行了分類，包括機械性能，電/離子傳導率，多硫化物調節和其他特殊功能。此外，提出了功能性粘結劑的合理設計原則。最后，提出了高性能粘結劑設計的關鍵挑戰和前景。
展開 膠水粘結效果拉力測試
01
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膠水粘結效果
揚聲器上使用的基材種類非常多，其表面處理也天差地別。一般產品零部件也會對材料的附著力進行一些簡單的驗證。
因為膠水種類也各種各樣，粘結部件的兩種材料特性可能相差也比較大。所以準確的膠水粘結效果的判斷需要通過實際的拉力測試來驗證。
可以在標準基材或實際產品上進行拉力試驗。
不同產品需要的剝離強度是不一樣的，需要根據實際產品的需求來設定測試標準。
02
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剪切拉伸強度測試
這個是ISO 4587規定的常規剪切拉伸強度測試。可以在固定寬度和長度的標準基材上進行拉力試驗。
在試驗之前需要記錄兩側材料的名稱/表面處理/粘結寬度/粘結長度等。最終記錄下膠水剝離時的拉伸力大小。力/粘結面積即得到剪切拉伸強度。
一般來說，可以重復多次取平均值。
03
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T形剝離測試
ISO 11339規定了T形剝離測試。如下圖所示。需要注意事項和剪切拉伸一樣。
04
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實物剝離測試
或者也可以考慮直接在實際產品上進行拉力試驗。這樣更接近真實使用的場景。
展開 粘結劑噴射3D打印技術在復雜建筑模板制造中的應用
通過與voxeljet的合作，Doka認為以后可以將粘結劑噴射3D打印模板應用于制造更多的建筑表面結構。
使用voxeljet的粘結劑噴射技術，可以更快速、精確的制造三維曲面混凝土構件模板。遠期看，這也許會改變繁復的混凝土施工過程。
3D科學谷Review
除了制造復雜的混凝土模板外，voxeljet的粘結劑噴射技術還可以用于制造建筑模型。
根據3D科學谷的市場觀察，voxeljet 3D打印技術在這個領域的應用包括直接應用和間接應用兩種。
在直接應用中，voxeljet 可以通過PMMA 材料制造建筑物中的復制品，例如：使用PMMA 材料3D打印科隆大教堂人物的復制品,或使用該材料制造復雜的裝飾性結構。在間接應用中，voxeljet 可以通過PMMA 材料3D打印建筑模型的鑄造熔模，然后再通過精密鑄造工藝制造出金屬建筑模型，例如：voxeljet 3D打印服務中心，通過3D打印熔模和精密鑄造技術制造1:100的蘭伯特斯大教堂青銅模型。
展開 消失模-涂料-粘結劑
普通-涂料
粘結劑-涂料、粘結劑
粘結劑參數： 545 3 1 2 3 3 0.02
涂料參數： 635 2 2 3 5.0E-001 1.0E-009
在*d.dat中手動添加
一種基于熱效應下荷載-位移曲線確定FRP-鋼混凝土粘結滑移關系的新方法 ￥1.99
“溫度變化后、加載前的初始熱不相容滑移”問題</p><p><strong>摘要</strong>：外貼纖維增強復合材料（FRP）與鋼/混凝土基底之間的界面粘結性能在很大程度上決定了 FRP 加固結構的整體力學性能。
上交《AFM》：一種無粘結劑方法構建鋁基MOF，優異吸水性能！
然而，現有的粘結劑包覆方法需要重復操作，不可避免地會堵塞MOF的孔隙，導致吸附容量降低。
來自上海交通大學的學者提出了一種無粘結劑的方法來構建MOF-on-Metal結構。以鋁基體溶解后的鋁離子為原料，通過原位合成Al基金屬氧化物薄膜(MIL-96和MIL-100)，在鋁基體上制備了生長良好的多晶Al-MOF層。本文對MOF涂層的形貌和化學成分進行了系統的表征，并提出了一種pH控制策略來調節復合MOF的相對比例。重要的是，金屬氧化物-非金屬結構表現出超高的吸水量(192.5 g m?2)，這是所有已報道的干燥劑涂層金屬結構中最高的，并且具有優異的循環穩定性。在此基礎上，對采用金屬-金屬復合結構的除濕熱泵系統的性能進行了預測，結果表明，該系統的運行周期比采用粘結劑硅膠涂層的系統長80%，平均除濕量可達8.36g kg-1。
綜上所述，該方法能夠形成無粘結劑、低成本、高性能的MOF涂層，在高效節能吸附領域具有廣闊的應用前景。相關文章以“Binder-Free Growth of Aluminum-Based Metal–Organic Frameworks on Aluminum Substrate for Enhanced Water Adsorption Capacity”標題發表在Advanced Functional Materials。
論文鏈接：
https://doi.org/10.1002/adfm.202105267
圖1.MOF-on-Metal結構的建立：a)雜化鋁基MOF的一步合成。
展開 分析示例 | Simufact Additive仿真助力金屬粘結劑噴射成型（MBJ）工業化
引 言
燒結過程中“設計”補償變形的能力被視為是實現金屬粘結劑噴射成型（MBJ）快速商業化的關鍵。針對燒結過程的仿真分析，Simufact Additive軟件現已推出了MBJ仿真模塊第三個版本，當前版本能夠準確模擬燒結過程，預測收縮、塌落度和與摩擦相關的變形問題，無論是“可變形”支撐器還是“非可變形（陶瓷）”支撐器，均可以通過仿真得到“預補償”幾何圖形，從而將預補償模型直接輸入到打印機中，保證燒結后的產品精度。文中，通過案例研究，探討了ExOne公司如何使用Simufact Additive來優化客戶所燒結的零件。[首次發表于《金屬增材制造》第6卷第3期，2021]
圖1 自2016年發布以來，Simufact Additive一直是金屬粉末床熔融（PBF）工藝模擬的一流解決方案提供商。此處顯示了在Simufact Additive中仿真大型（400 mm）機器上渦輪泵殼體變形的結果
伴隨著對MBJ工藝無比的期待，以及整個行業對加快采用MBJ進行大規模批量生產的強烈愿望，一種可以有效模擬燒結工藝的仿真軟件尤為重要，Simufact Additive 軟件推出的模擬金屬粘結劑噴射成型的MBJ模塊，滿足了市場需求，并且獲得用戶認可，能夠有效幫助客戶解決燒結變形問題，對燒結變形能夠自動補償計算。
Simufact Additive MBJ金屬粘結劑噴射成型方案
Simufact Engineering一直為金屬成形、焊接、連接、熱處理和增材制造提供一流的解決方案。憑借深厚的知識和經驗，Simufact對如何有效地仿真大多數金屬塑性加工工藝有著深刻的理解。
2020年，Simufact將其金屬粘結劑噴射成形仿真模塊添加到Simufact Additive軟件中。
展開 Simufact Additive仿真助力金屬粘結劑噴射成型（MBJ）工業化
引言
燒結過程中“設計”補償變形的能力被視為是實現金屬粘結劑噴射成型（MBJ）快速商業化的關鍵。針對燒結過程的仿真分析，Simufact Additive軟件現已推出了MBJ仿真模塊第三個版本，當前版本能夠準確模擬燒結過程，預測收縮、塌落度和與摩擦相關的變形問題，無論是“可變形”支撐器還是“非可變形（陶瓷）”支撐器，均可以通過仿真得到“預補償”幾何圖形，從而將預補償模型直接輸入到打印機中，保證燒結后的產品精度。文中，通過案例研究，探討了ExOne公司如何使用Simufact Additive來優化客戶所燒結的零件。[首次發表于《金屬增材制造》第6卷第3期，2021]
圖1：自2016年發布以來，Simufact Additive一直是金屬粉末床熔融（PBF）工藝模擬的一流解決方案提供商。此處顯示了在Simufact Additive中仿真大型（400 mm）機器上渦輪泵殼體變形的結果
伴隨著對MBJ工藝無比的期待，以及整個行業對加快采用MBJ進行大規模批量生產的強烈愿望，一種可以有效模擬燒結工藝的仿真軟件尤為重要，Simufact Additive 軟件推出的模擬金屬粘結劑噴射成型的MBJ模塊，滿足了市場需求，并且獲得用戶認可，能夠有效幫助客戶解決燒結變形問題，對燒結變形能夠自動補償計算。
Simufact Additive MBJ金屬粘結劑噴射成型方案
Simufact Engineering一直為金屬成形、焊接、連接、熱處理和增材制造提供一流的解決方案。憑借深厚的知識和經驗，Simufact對如何有效地仿真大多數金屬塑性加工工藝有著深刻的理解。
2020年，Simufact將其金屬粘結劑噴射成形仿真模塊添加到Simufact Additive軟件中。
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