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。

金屬粘結劑噴射成型工藝鏈

金屬粘結劑噴射成型脫脂燒結過程

金屬粘結劑噴射技術對材料、粘結劑以及打印工藝（包括粘結劑的噴射量、粉末中的壓力分布、沉積時間等）、燒結制度、零件設計等等有著重要的依賴關系，技術含量并不比SLM低。與此同時，該技術所制備的零部件存在兩個主要缺點：一個是在燒結過程中零件的非各向同性收縮問題；另一個是由于零件重量與燒結制度匹配不佳所帶來的潛在變形問題，這會限制所能成型的最大零件尺寸。此外，還有一個不可忽視的因素是設備成本問題，后工藝階段的脫脂燒結爐，可能比3D打印機貴的多。

通過粘結劑噴射成型的葉輪零件，上面零件由于燒結后的高冷卻速率而破裂; 左下零件有明顯的變形; 右下零件失真少

采用粘結劑噴射3D打印成型的零件存在收縮現象

打印件在從粉末中取出時由于強度低而發生破碎

下圖是基于商用材料的金屬粘結劑噴射工藝的所有相關工藝步驟的一般說明。在所有步驟的基礎上是對流程的控制，根據每個流程步驟本身，流程可以采取多種形式。而且所有的過程步驟都存在潛在的挑戰及特定因素對整個過程的重要影響和控制。當前，我們尚缺乏對于粘結劑噴射技術的金屬增材制造整個工藝鏈的充分認識，更談不上用它來實現制造。

 

粘結劑噴射技術整個工藝鏈涉及的問題

業內知名的HP和Desktop Metal在多年以前就宣布要推出基于該工藝的3D打印機，但真正實現產品上市卻也要到今年下半年才能實現。因此可見將整個工藝鏈涉及的問題全都研究清楚要花費多長時間，況且這兩家企業還是業內的明星企業。

此外，粘結劑噴射3D打印工藝的成熟設備商Exone，在今年3月宣布推出用于該工藝的鋁合金材料。實際上，十多年來，研究人員一直回避鋁合金燒結成型的商業可行性，同時也意味著，粘結劑噴射工藝在金屬3D打印的脫脂燒結方面存在門檻，并非皆是優勢，這些研究的不足也是需要特別關注的。

對于技術的討論通常局限于構建過程的優勢、劣勢、可能性和挑戰。這項技術肯定會在未來得到應用，為了防止在引入該工藝出現不必要的挫折，有必要對整個流程鏈進行詳細了解。越早意識到其中的挑戰，就越能快速制定針對特定挑戰的解決方案。

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