編者按：本文來自微信公眾號“3D打印聯(lián)盟智庫”（ID:iPrinting）作者：晚風飲墨香，3D打印資源庫經(jīng)授權(quán)發(fā)布。

最近很多讀者開始關(guān)注并在后臺留言，讓從技術(shù)角度分析一下粘結(jié)劑噴射3D打印技術(shù)，本著“科技制造美好”的愿景，本期概述粘結(jié)劑噴射3D打印技術(shù)，分析該技術(shù)存在的優(yōu)勢與局限。

技術(shù)簡介

粘結(jié)劑噴射3D打印技術(shù)是在噴墨打印機的技術(shù)原理基礎(chǔ)之上，由麻省理工Ely Sachs與Mike Cima于1993年研發(fā)成功，開始使用的材料為塑料粉末，經(jīng)發(fā)展衍變，材料拓寬至砂子，金屬粉末及PMMA材料。

與SLM技術(shù)不同的是，粘結(jié)劑噴射3D打印技術(shù)具有成形速度快，無支撐成形，成形幅面大等特點，這讓人們看到了3D打印技術(shù)批量化制造的可能性，因此很快受到資本投資市場的青睞，呈現(xiàn)出迅猛發(fā)展的態(tài)勢。

技術(shù)原理與特點

粘結(jié)劑噴射3D打印技術(shù)原理與我們常用的辦公室二維打印機類似，只是二維打印機噴射的是墨水，而粘結(jié)劑噴射打印技術(shù)通過噴頭噴射粘結(jié)劑，這是一種化學試劑，所使用的材料也由白紙變成了塑料，陶瓷，砂子，金屬粉末或是PMMA材料。之后通過不斷地疊加成形，最終形成完成的零件實體。對于金屬材料而言，配合后期的脫脂燒結(jié)工藝來制備最終尺寸的零部件。下面我們就以金屬粘結(jié)劑噴射3D打印技術(shù)為例來分析它的技術(shù)優(yōu)勢與局限：

（1）粘結(jié)劑。粘結(jié)劑的研制是該技術(shù)的核心之一，不同材料需要粘結(jié)的強度存在差異，且后期燒結(jié)溫度與時間也各不相同，所以這就需要針對不同的金屬材料研發(fā)合適的粘結(jié)劑，我們把粘結(jié)劑的研發(fā)比作SLM材料工藝參數(shù)的開發(fā)，是控制成形質(zhì)量的關(guān)鍵。粘結(jié)劑的研發(fā)要遵循結(jié)合強度適宜，后期好去除等原則。

（2）成形效率。粘結(jié)劑噴射3D打印技術(shù)屬于面成形，成形效率取決于打印噴頭的數(shù)量，原則上講是噴頭數(shù)量越多成形效率越高，但是噴頭數(shù)量越多會帶來噴射系統(tǒng)設(shè)計復雜，噴射量大小控制難度提升，最終導致設(shè)備成本大幅提高等，因此，噴頭數(shù)量的選擇與成形效率要匹配。當噴頭數(shù)量增加帶來的設(shè)備成本增加值低于成形效率造就的價值增加值時，可以通過增加噴頭數(shù)量來提高成形效率，反之則無效。

（3）材料選擇。理論上講該技術(shù)適合的材料類型比SLM要多，因為不涉及激光吸收率、材料熔凝等問題，所以有很多非金屬材料非常適宜，但是實際上，截止到現(xiàn)在，根據(jù)統(tǒng)計額的可用于粘結(jié)劑噴射3D打印技術(shù)的金屬材料只有10多種。但是需要注意的是在材料選型時一定要規(guī)避與粘結(jié)劑有化學活性的材料，這一點對金屬材料選型有著不小的約束。

（4）脫脂燒結(jié)工藝。對于金屬材料而言，后期的脫脂燒結(jié)工藝是質(zhì)量控制的要點，但也是控制的核心難點。這需要考慮溫度，時間，材料與零件結(jié)構(gòu)等綜合因素。

首先是脫脂，借鑒MIM的脫脂燒結(jié)工藝，采用加酸的催化脫脂方式可以去除一定比例的粘結(jié)劑；其次是燒結(jié)，燒結(jié)不僅僅是材料的融合，也是脫脂的一部分。

燒結(jié)工藝最關(guān)鍵的是零件的收縮，這與零件的大小，薄厚及結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。目前，粘結(jié)劑噴射3D打印技術(shù)所做的零件結(jié)構(gòu)還是處于結(jié)構(gòu)相對簡單，成形尺寸有限的范圍，怎么衡量這個有限尺寸？一個拳頭。一般零件尺寸比拳頭大的會因脫脂受限和各個方向收縮不均勻而無法采用此項技術(shù)，因此這也是此項技術(shù)的關(guān)鍵局限——無法成形中大型零件。

此外是脫脂溫度與材料熔點、物理特性也密切相關(guān)，鋁合金因燒結(jié)時易發(fā)生燃燒而無法進行有效脫脂。

另外一個限制就是脫脂后的性能。一般脫脂后材料的致密度不會很高，導致性能較差，尤其是屈服強度不高，舉例說明：316L燒結(jié)后屈服強度在200MPa左右。不過可通過引入外來元素在脫脂過程中進行熔滲，使得材料達到全致密，但這也會對材料性能造成影響，形成一種類似的雙合金材料。

（5）成形過程。成形過程可分為成形環(huán)境與成形支撐，粘結(jié)劑噴射3D打印技術(shù)因不存在溫度變化，因此在常溫與空氣中即可成形，也無需設(shè)計專用支撐，采用粉末材料自支撐可實現(xiàn)多零件的重復成形。由于成形過程的簡單性，粘結(jié)劑噴射3D打印技術(shù)的材料利用率很高，且重復使用率也得到很大提升，只要將剩余材料過篩后即可再次利用。

（6）成形精度與表面質(zhì)量。粘結(jié)劑噴射3D打印技術(shù)所能達到的成形精度主要取決于后期燒結(jié)工藝的控制，但是表面粗糙度不高，以不銹鋼為例，Ra保持在6左右。

行業(yè)與市場企業(yè)

目前，該項技術(shù)雖然被看好，甚至出現(xiàn)了紅極一時的Destop Metal公司，但是令人遺憾的是，除了在鑄造領(lǐng)域被廣泛的成熟應用外，其它領(lǐng)域的應用情況尚未明朗，尤其是金屬材料的此項技術(shù)應用，還遠未達到批量使用的成熟度。

事實上，無論是金屬粘結(jié)劑噴射還是SLM技術(shù)，其發(fā)展歷程如出一轍。凡是涉及到金屬材料直接成形的3D打印技術(shù)都會遭遇到發(fā)展阻礙和應用瓶頸，這種阻礙我們在前文中 《金屬3D打印火了這么多年，為什么產(chǎn)業(yè)應用還是舉步維艱？》 談到過，需要時間慢慢積累，慢慢突破。

或許你會疑惑，為什么鑄造行業(yè)會很成熟的應用呢，無論是粘結(jié)劑噴射技術(shù)還是SLS技術(shù)？答案是：3D打印+鑄造的模式本質(zhì)上屬于傳統(tǒng)鑄造模式。雖然砂型與蠟型制作會使用新的3D打印技術(shù)制作，但是這并未直接影響到金屬零件的成形方式，依然是鑄造的方式，本質(zhì)上依然屬于傳統(tǒng)制作方法，只是3D打印的砂型與蠟型相比于傳統(tǒng)制作方法可能更復雜一些，因此零件最終所使用的依然是傳統(tǒng)鑄造相關(guān)的金屬材料與標準。但是金屬粘結(jié)劑噴射打印技術(shù)與SLM技術(shù)都是直接形式的金屬粉末成形，這與傳統(tǒng)的制作方式存在本質(zhì)的區(qū)別，所以相關(guān)的規(guī)范標準也不再適用，這也造成了應用發(fā)展滯緩的結(jié)果。

從長遠來看，只有真正開發(fā)出適用于直接形式的金屬3D打印包括材料，工藝制造標準，檢驗檢測標準，質(zhì)量控制流程等相關(guān)標準規(guī)范后，才會達到一個真正實現(xiàn)應用的新階段。

注：引用圖片均源自網(wǎng)絡

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最近很多讀者開始關(guān)注并在后臺留言，讓從技術(shù)角度分析一下粘結(jié)劑噴射3D打印技術(shù)，本著“科技制造美好”的愿景，本期概述粘結(jié)劑噴射3D打印技術(shù)，分析該技術(shù)存在的優(yōu)勢與局限。

技術(shù)簡介

粘結(jié)劑噴射3D打印技術(shù)是在噴墨打印機的技術(shù)原理基礎(chǔ)之上，由麻省理工Ely Sachs與Mike Cima于1993年研發(fā)成功，開始使用的材料為塑料粉末，經(jīng)發(fā)展衍變，材料拓寬至砂子，金屬粉末及PMMA材料。

與SLM技術(shù)不同的是，粘結(jié)劑噴射3D打印技術(shù)具有成形速度快，無支撐成形，成形幅面大等特點，這讓人們看到了3D打印技術(shù)批量化制造的可能性，因此很快受到資本投資市場的青睞，呈現(xiàn)出迅猛發(fā)展的態(tài)勢。

技術(shù)原理與特點

粘結(jié)劑噴射3D打印技術(shù)原理與我們常用的辦公室二維打印機類似，只是二維打印機噴射的是墨水，而粘結(jié)劑噴射打印技術(shù)通過噴頭噴射粘結(jié)劑，這是一種化學試劑，所使用的材料也由白紙變成了塑料，陶瓷，砂子，金屬粉末或是PMMA材料。之后通過不斷地疊加成形，最終形成完成的零件實體。對于金屬材料而言，配合后期的脫脂燒結(jié)工藝來制備最終尺寸的零部件。下面我們就以金屬粘結(jié)劑噴射3D打印技術(shù)為例來分析它的技術(shù)優(yōu)勢與局限：

（1）粘結(jié)劑。粘結(jié)劑的研制是該技術(shù)的核心之一，不同材料需要粘結(jié)的強度存在差異，且后期燒結(jié)溫度與時間也各不相同，所以這就需要針對不同的金屬材料研發(fā)合適的粘結(jié)劑，我們把粘結(jié)劑的研發(fā)比作SLM材料工藝參數(shù)的開發(fā)，是控制成形質(zhì)量的關(guān)鍵。粘結(jié)劑的研發(fā)要遵循結(jié)合強度適宜，后期好去除等原則。

（2）成形效率。粘結(jié)劑噴射3D打印技術(shù)屬于面成形，成形效率取決于打印噴頭的數(shù)量，原則上講是噴頭數(shù)量越多成形效率越高，但是噴頭數(shù)量越多會帶來噴射系統(tǒng)設(shè)計復雜，噴射量大小控制難度提升，最終導致設(shè)備成本大幅提高等，因此，噴頭數(shù)量的選擇與成形效率要匹配。當噴頭數(shù)量增加帶來的設(shè)備成本增加值低于成形效率造就的價值增加值時，可以通過增加噴頭數(shù)量來提高成形效率，反之則無效。

（3）材料選擇。理論上講該技術(shù)適合的材料類型比SLM要多，因為不涉及激光吸收率、材料熔凝等問題，所以有很多非金屬材料非常適宜，但是實際上，截止到現(xiàn)在，根據(jù)統(tǒng)計額的可用于粘結(jié)劑噴射3D打印技術(shù)的金屬材料只有10多種。但是需要注意的是在材料選型時一定要規(guī)避與粘結(jié)劑有化學活性的材料，這一點對金屬材料選型有著不小的約束。

（4）脫脂燒結(jié)工藝。對于金屬材料而言，后期的脫脂燒結(jié)工藝是質(zhì)量控制的要點，但也是控制的核心難點。這需要考慮溫度，時間，材料與零件結(jié)構(gòu)等綜合因素。

首先是脫脂，借鑒MIM的脫脂燒結(jié)工藝，采用加酸的催化脫脂方式可以去除一定比例的粘結(jié)劑；其次是燒結(jié)，燒結(jié)不僅僅是材料的融合，也是脫脂的一部分。

燒結(jié)工藝最關(guān)鍵的是零件的收縮，這與零件的大小，薄厚及結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。目前，粘結(jié)劑噴射3D打印技術(shù)所做的零件結(jié)構(gòu)還是處于結(jié)構(gòu)相對簡單，成形尺寸有限的范圍，怎么衡量這個有限尺寸？一個拳頭。一般零件尺寸比拳頭大的會因脫脂受限和各個方向收縮不均勻而無法采用此項技術(shù)，因此這也是此項技術(shù)的關(guān)鍵局限——無法成形中大型零件。

此外是脫脂溫度與材料熔點、物理特性也密切相關(guān)，鋁合金因燒結(jié)時易發(fā)生燃燒而無法進行有效脫脂。

另外一個限制就是脫脂后的性能。一般脫脂后材料的致密度不會很高，導致性能較差，尤其是屈服強度不高，舉例說明：316L燒結(jié)后屈服強度在200MPa左右。不過可通過引入外來元素在脫脂過程中進行熔滲，使得材料達到全致密，但這也會對材料性能造成影響，形成一種類似的雙合金材料。

（5）成形過程。成形過程可分為成形環(huán)境與成形支撐，粘結(jié)劑噴射3D打印技術(shù)因不存在溫度變化，因此在常溫與空氣中即可成形，也無需設(shè)計專用支撐，采用粉末材料自支撐可實現(xiàn)多零件的重復成形。由于成形過程的簡單性，粘結(jié)劑噴射3D打印技術(shù)的材料利用率很高，且重復使用率也得到很大提升，只要將剩余材料過篩后即可再次利用。

（6）成形精度與表面質(zhì)量。粘結(jié)劑噴射3D打印技術(shù)所能達到的成形精度主要取決于后期燒結(jié)工藝的控制，但是表面粗糙度不高，以不銹鋼為例，Ra保持在6左右。

行業(yè)與市場企業(yè)

目前，該項技術(shù)雖然被看好，甚至出現(xiàn)了紅極一時的Destop Metal公司，但是令人遺憾的是，除了在鑄造領(lǐng)域被廣泛的成熟應用外，其它領(lǐng)域的應用情況尚未明朗，尤其是金屬材料的此項技術(shù)應用，還遠未達到批量使用的成熟度。

事實上，無論是金屬粘結(jié)劑噴射還是SLM技術(shù)，其發(fā)展歷程如出一轍。凡是涉及到金屬材料直接成形的3D打印技術(shù)都會遭遇到發(fā)展阻礙和應用瓶頸，這種阻礙我們在前文中 《金屬3D打印火了這么多年，為什么產(chǎn)業(yè)應用還是舉步維艱？》 談到過，需要時間慢慢積累，慢慢突破。

或許你會疑惑，為什么鑄造行業(yè)會很成熟的應用呢，無論是粘結(jié)劑噴射技術(shù)還是SLS技術(shù)？答案是：3D打印+鑄造的模式本質(zhì)上屬于傳統(tǒng)鑄造模式。雖然砂型與蠟型制作會使用新的3D打印技術(shù)制作，但是這并未直接影響到金屬零件的成形方式，依然是鑄造的方式，本質(zhì)上依然屬于傳統(tǒng)制作方法，只是3D打印的砂型與蠟型相比于傳統(tǒng)制作方法可能更復雜一些，因此零件最終所使用的依然是傳統(tǒng)鑄造相關(guān)的金屬材料與標準。但是金屬粘結(jié)劑噴射打印技術(shù)與SLM技術(shù)都是直接形式的金屬粉末成形，這與傳統(tǒng)的制作方式存在本質(zhì)的區(qū)別，所以相關(guān)的規(guī)范標準也不再適用，這也造成了應用發(fā)展滯緩的結(jié)果。

從長遠來看，只有真正開發(fā)出適用于直接形式的金屬3D打印包括材料，工藝制造標準，檢驗檢測標準，質(zhì)量控制流程等相關(guān)標準規(guī)范后，才會達到一個真正實現(xiàn)應用的新階段。

注：引用圖片均源自網(wǎng)絡

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