金屬粘結(jié)劑噴射技術(shù)對材料、粘結(jié)劑以及打印工藝（包括粘結(jié)劑的噴射量、粉末中的壓力分布、沉積時間等）、燒結(jié)制度、零件設(shè)計等有著重要的依賴關(guān)系，對用于粘結(jié)劑噴射3D打印的新材料進(jìn)行認(rèn)定是一項復(fù)雜的工作，它涉及上述多種因素的相互匹配。本期，3D打印技術(shù)參考主要介紹該領(lǐng)域的材料情況，文章歸屬《粘結(jié)劑噴射金屬3D打印專題二》。

至目前，可用于粘結(jié)劑噴射成型的金屬材料遠(yuǎn)遠(yuǎn)不及其他金屬3D打印技術(shù)，但前者基于在低成本、批量化制造方面的巨大優(yōu)勢，獲得了極大關(guān)注。HP和Desktop Metal等公司在前幾年備受關(guān)注，但截至目前，這兩家公司最初宣傳的高量產(chǎn)解決方案都還未上市，Desktop Metal則是在去年推出了一款中量產(chǎn)的中間版本。

Desktop Metal Shop System

在該技術(shù)領(lǐng)域，目前已商業(yè)化的打印機(jī)品牌還屬Exone以及Digital Metal，前者當(dāng)屬該領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)者。Exone金屬打印機(jī)既可成型金屬材料，也可成型陶瓷和復(fù)合材料。此前，該公司推出的官方認(rèn)證材料僅有6種，在過去幾個月中Exone對其客戶打印的材料進(jìn)行了嚴(yán)格評估，新認(rèn)定14種可打印材料，包括6種金屬合金、6種陶瓷和2種陶瓷-金屬復(fù)合材料。加之該公司同期開發(fā)的M2工具鋼達(dá)到最高合格狀態(tài)，其可成型材料總量達(dá)到21種。

目前已確定的可用于粘結(jié)劑噴射技術(shù)的金屬材料種類較少，主要是因為嚴(yán)格的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。而實際上用戶所打印的材料要遠(yuǎn)多于官方給出的材料種類。在應(yīng)用終端，只要材料性能達(dá)到客戶要求即可稱之為合格，它適用于特定的應(yīng)用，但可能并不滿足廣泛的商業(yè)要求。

Exone對此類客戶認(rèn)定的材料規(guī)定了一個新的類別，即“客戶資格”，加上還有一些是研究機(jī)構(gòu)正在開發(fā)且被認(rèn)為是可打印的材料， Exone將適用于粘結(jié)劑噴射技術(shù)的材料分為以下三類：

已通過ExOne嚴(yán)格測試并驗證的材料：

金屬：17-4PH，304L，316L，M2工具鋼

金屬復(fù)合材料：316青銅，420青銅，鎢青銅

客戶已驗證且在應(yīng)用的材料：

金屬：鈷鉻合金，銅，H13工具鋼，Inconel 625，鈦，鎢合金

陶瓷：氧化鋁，碳，天然砂，合成砂，碳化硅，碳化鎢鈷

陶瓷金屬復(fù)合材料：碳化硼-鋁，碳化硅-硅

符合研發(fā)要求的材料：

金屬：4140、420、4340、4605，鋁，青銅，H11工具鋼，哈氏合金，Haynes 230，Inconel 718，鎢，TZM鉬

陶瓷：氮化鋁，鈦酸鋇，碳化硼，氮化硅，碳化鎢，氧化鋯，碳化鋯

金屬復(fù)合材料：鐵與青銅，鎢與銅，鎢與因瓦合金

注：部分展示，詳細(xì)目錄已上傳QQ群

從這些材料可以看到，一些常用的金屬材料如316L/304L不銹鋼、模具鋼、工具鋼、鈦合金、鎳基合金等都可以通過粘結(jié)劑噴射技術(shù)成型，且都獲得了應(yīng)用。2019年，瑞典Digital Metal推出了兩種“超級合金”DM247和DM625，實際上就是兩種鎳基合金的牌號，這是該公司為滿足航空航天、汽車和工業(yè)領(lǐng)域?qū)?D打印高溫合金材料的需求增長而開發(fā)。

Digital Metal材料性能數(shù)據(jù)（含新推出的純銅）

鋁合金是汽車和航空航天業(yè)中最常用的金屬之一，但其在粘結(jié)劑噴射成型技術(shù)中一直面臨挑戰(zhàn)，其主要原因是在打印完成后的燒結(jié)過程中容易導(dǎo)致鋁合金燃燒。不過在今年3月， ExOne已經(jīng)成功實現(xiàn)了現(xiàn)了6061鋁合金粘結(jié)劑噴射3D打印。

ExOne粘結(jié)劑噴射技術(shù)可用于3D打印的鋁合金

銅的粘結(jié)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(jī)證明了銅的可打印性，同時也闡明純金屬粘結(jié)劑噴射成形面臨的一個主要挑戰(zhàn)是提高零件的燒結(jié)性和致密性。不過，純銅的粘結(jié)劑噴射成型也已經(jīng)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(jié)劑噴射3D打印系統(tǒng)提供官方認(rèn)證的純銅材料和工藝的設(shè)備商。

Digital Metal粘結(jié)劑噴射技術(shù)3D打印的純銅

粘結(jié)劑噴射工藝雖然簡單，但是，優(yōu)化設(shè)備、粘結(jié)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(yán)肅的工作。目前，粘結(jié)劑噴射成型技術(shù)已用于汽車、航空航天、國防、能源和消費類應(yīng)用的精密最終用途零件制造，其應(yīng)用潛力和挑戰(zhàn)同在。

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