金属粘结剂喷射技术：在进行批量生产时须考虑整个工艺链
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随着一系列金属3D打印批量化制造平台的推出，金属粘结剂喷射技术受到业界的广泛关注。该技术的主要工艺因素和生产步骤有哪些，在批量化制造背后面临哪些技术挑战？粘结剂喷射技术虽广受好评，但并不是那么容易玩得转。
工艺原理
粘结剂喷射技术实际上在上世纪90年代就已开发出来，该技术在制造速度和制造成本上都具有显著优势；但采用激光和电子束的粉末床熔融工艺却一直具有更高的知名度，在工业生产中应用也更为广泛。3D打印技术参考曾经将粉末床熔融工艺与粘结剂喷射工艺进行过比较，发现粘结剂喷射技术具有很多优点，如打印过程中无需支撑、不会产生内应力、材料更加丰富而且打印过程中零件也可以互相堆叠。
打印过程无支撑、可堆叠
由于金属粉末并不会像在激光成型中那样容易粘附在零件表面，所以粘结剂喷射成型的金属零件无论上表面还是下表面均具有相同的表面质量，这对于零件的设计约束得到了进一步释放。可以说，粘结剂喷射技术所能成型的零件相比粉末床熔融工艺可以更具灵活性。
圆形喷嘴截面：上部为无支撑结构的粘结剂喷射成型；下部为内部含有不同数量支撑的SLM成型
但用户不能凭借这些优势就急急忙忙上线该工艺的制造平台，在决定使用粘结剂喷射这一未经批量生产验证的技术时，考虑因素不仅包括技术本身，还涉及很多与它相关的其他因素。对整个工艺链的充分认识是决策的基础。对粘结剂喷射成型的讨论要扩展到构建过程之外，独立于机器或制造商，必须在工艺链中解决某些问题，了解相互依赖的各种工艺因素。
金属粘结剂喷射成型工艺链
金属粘结剂喷射技术对材料、粘结剂以及打印工艺（包括粘结剂的喷射量、粉末中的压力分布、沉积时间等）、烧结制度、零件设计等等有着重要的依赖关系，技术含量并不比SLM低到哪里去。与此同时，该技术所制备的零部件存在两个主要缺点，一个是在烧结过程中零件的非各向同性收缩问题；另一个是由于零件重量与烧结制度匹配不佳所带来的潜在变形问题，这会限制所能成型的最大零件尺寸。
通过粘结剂喷射成型的叶轮零件，上面零件由于烧结后的高冷却速率而破裂; 左下零件有明显的变形; 右下零件失真少
打印件在从粉末中取出时由于强度低而发生破碎
下图是基于商用材料的金属粘结剂喷射工艺的所有相关工艺步骤的一般说明。在所有步骤的基础上是对流程的控制，根据每个流程步骤本身，流程可以采取多种形式。而且所有的过程步骤都存在潜在的挑战及特定因素对整个过程的重要影响和控制。当前，我们尚缺乏对于粘结剂喷射技术的金属增材制造整个工艺链的充分认识，更谈不上用它来实现制造。
粘结剂喷射技术整个工艺链涉及的问题
上期笔者细数了基于粘结剂喷射的金属增材制造商品牌，我们看到实际上国外已经有不少公司正在使用该技术，他们已经积累了相关的工艺经验。国内在此方面更应受到风投的关注。
对于技术的讨论通常局限于构建过程的优势、劣势、可能性和挑战。这项技术肯定会在未来得到应用，为了防止它在发展中出现不必要的挫折，有必要对整个流程链进行详细了解。人们越早意识到其中的挑战，就越快制定针对特定挑战的解决方案。
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原文始发于微信公众号（3D打印技术参考）：金属粘结剂喷射技术：在进行批量生产时须考虑整个工艺链