聚合物3D打印市场正在快速增长，《Wohlers Report2022》指出，聚合物粉末的消耗量在2021年超过了光敏树脂，全年增长43.3%，成为使用最多的3D打印材料。工业3D打印机OEM之间的竞争比以往任何时候都更加激烈，高速烧结(HSS)、多射流熔融(MJF)和选择性激光烧结(SLS)是当前聚合物粉末床3D打印的主要工艺。 HSS最初由拉夫堡大学和赢创在2000年代初同时发明，是一种类似于粘结剂喷射的基于粉末的3D打印工艺，具有快速打印和制造大型零件的特点。自2016年商业化以来，voxeljet开发了自己的HSS装备，并于2017年推出了其第一台HSS 高速烧结3D打印机。随后几年该公司又推出多款设备，2020年发布的VX1000 HSS成型尺寸达到了1000 x 540 mm，具有很高的自动化和高生产率，适用于大批量塑料零件的工业增材制造，是传统注塑成型经济可行的替代方案。 The voxeljet VX1000 HSS（图片来源voxeljet） 实际上，MJF技术与HSS类似，也采用喷墨+熔融成型。惠普为功能性原型设计和最终用途生产提供工程级塑料部件，在汽车和消费品等行业中得到应用。 与基于喷墨的HSS和MJF工艺不同，SLS采用激光实现粉末床熔融。传统上采用10.6μm激光配合扫描振镜实现粉末烧结。但近些年来，3D打印技术参考观察到该技术的代表企业开发了一些新形势，如华曙高科通过对材料进行调配，能够使用1.06μm的光纤激光进行烧结，而EOS也在开发基于百万二极管激光器的LaserProFusion多点同时烧结结技术。 由于所有工艺都具有相似的特性和表面质量，因此这些聚合物3D打印技术被视为竞争对手的情况并不少见。国外3D Printing Industry的工程师对这三种技术进行了详细对比，本期，3D打印技术参考就来介绍这些技术的异同点。 喷墨之战：HSS vs MJF HSS高速设计是如何工作的呢？它首先在加热的构建平台上铺上一层薄薄的聚合物粉末，然后，喷墨打印头在平台上移动并喷射红外反应墨水以选择粉末床的区域。在红外光的照射下，注入墨水的粉末会吸收热量，将其烧结并熔化成固体层，未喷墨的部位因未能吸收足够的热量而保持松散。以此逐层打印，直到打印出整个部件。 MJF在许多方面与HSS相似。MJF也是将吸收辐射的流体（又称融合剂）喷射到聚合物粉末床的零件截面区域，并在零件边界喷射细化剂以防止零件截面外的粉末固化。喷射完成后，使用红外灯照射整个构建区域，浸入墨水的部分熔化，细化剂喷射的边界保持未融合。 这两种技术的主要区别在于使用的墨水数量。HSS不需要第二种冷却剂，因为voxeljet的3D打印机可以相互独立地控制结合和未结合粉末材料的温度。他们通过使用两个具有不同波长的红外发射器来实现这一点，这意味着不需要细节处理剂来实现精确的边缘。 两种控制手段带来的结果也不同，MJF拥有1200dpi的分辨率，而HSS仅能达到360dpi。但决定零件分辨率的关键因素仍然是粉末的粒度，因此在这种情况下，更高的打印头分辨率并不一定意味着更精确的零件。事实上，由于HSS液滴略大于单个聚合物颗粒（通常约为55μm宽），它们能够完全覆盖颗粒之间的交叉点，这对于烧结来说至关重要。 HSS和MJF的分辨率比较（图片来自voxeljet） 3D打印技术参考查询到，MJF系统的最大构建体积为380 x 284 x 380mm，而voxeljet VX 1000 HSS的最大构建体积为1000 x 540 x mm（用于PA12）。VX 1000 HSS在打印速度方面也独树一帜，高达7300cm³/h。另一方面， MJF最高效的3D打印机的打印速度为5058cm³/h。 这两种工艺的另一个主要区别是HSS的3D打印开源策略。voxeljet客户能够自由地访问他们机器的所有工艺参数，毫无阻碍地根据自己的材料调整打印参数。这可以显著节省成本，因为用户直接与材料供应商协商自己的粉末价格。用户可尝试的聚合物种类可以很多，包括PA12、TPU和PP，这些材料有的已上市，有的即将上市。此外，成功的概念验证包括PA613、PEBA和EVA。 相比之下，MJF 3D打印机能够打印PA12、PA11和PP。这两种技术都允许对未打印的粉末材料进行回收和再加工。 MJF3D打印机的构建室（图片来源Protolabs） 聚合物粉末床3D打印的传统工艺——SLS激光烧结 对于SLS 3D打印工艺，在高温预热条件下，激光扫描到粉末床中，粉末并没有完全熔化，而是将其烧结到足以融合在一起形成固体层的程度。最大的SLS系统可以打印米级范围内的零件，Z高度打印速度约为48mm/小时（取决于空间利用率）。 粉末床烧结系统是工业聚合物3D打印的主流工艺，可与各种聚合物粉末兼容，如PA6、PA11、PA12、TPU、PP、PAEK、PEEK等等。 EOS工业聚合物3D打印机的构建室（图片来源EOS） HSS vs MJF vs SLS：机械性能对比 为了评估每种3D打印技术的机械性能，工程师查看了一系列供应商提供的一些拉伸测试数据。数据涵盖每种技术的总共15个拉伸测试试样（沿X、Y、Z轴各打印5个），所采用的的材料为PA12，并根据ISO527标准进行测试。 首先，为了确定哪种技术可以生产出强度最高的部件，工程师查看了平均极限拉伸强度(UTS)。这是零件在断裂前可以承受的最大拉应力。在这一轮中，平均打印强度最高的试样是SLS（45.17MPa），其次是MJF（43.10MPa），然后是HSS（40.60MPa）。三种技术对应的最大断裂负载分别为1885.01N、1782.7N和1659.1N。 有趣的是，在voxeljet的官方PA12数据表中，XY的UTS值为52±1MPa，Z的UTS值为46±1MPa。差异的原因是材料数据表是指具有针对机械数据优化的工艺参数的打印件。相比之下，为这项研究打印的试样所选用的参数优先侧重了精度和细节。因此，客户可以选择打印具有针对他们自己的应用优化的参数。 接下来是杨氏模量，它可以显示拉伸刚度。较高的杨氏模量意味着较硬的部件在弹性载荷下仅略微变形，而较低的杨氏模量对应于在载荷下具有柔韧性的弹性较大的部件。这一次，HSS零件最佳，达到1.82GPa，其次是SLS 1.73Gpa和MJF 1.43Gpa。 最后测试了断裂伸长率，它可以显示材料的延展性。测量显示零件在断裂之前可以拉伸多少，以原始长度的百分比表示。有趣的是，在XY平面上，SLS打印的延展性最高（17.53%），其次是MJF（16.87%）和HSS（8.88%）。然而，在Z平面上，MJF生产的延展性零件最多（14.40%），其次是SLS（9.32%）和HSS（6.36%）。 HSS vs MJF vs SLS：尺寸精度对比 接下来，工程师比较了每种3D打印技术的尺寸精度。对四种不同的零件几何形状进行了三次扫描。将零件的这12次扫描与原始STL文件进行了比较，能够计算打印件表面各个点的偏差和不准确性。使用的3D扫描仪的精度为±30μm。 对比发现，整体最精确的是四个SLS打印部件，它们的尺寸最接近STL模型的预期尺寸，平均偏移仅为0.0084mm。HSS的平均偏差0.0527mm，而MJF则进一步靠后，为0.0603mm。 然而，仅靠平均值并不能说明全部情况。从尺寸误差的标准偏差值来看，SLS实际上具有最高的扩散度，为0.1232mm。紧随其后的是0.1074mm的MJF，而HSS的扫描误差之间的分布最小，仅为0.0925mm。因此，虽然SLS打印部件的尺寸通常更符合尺寸，但实际上是HSS工艺提供了最大的一致性和可重复性。 计量测试结果（图片来自3D Printing Industry） 工程师仔细研究了四个几何形状之一的支架。钟形曲线的边界定义了99.6%的点所在的区域。例如，通过SLS 3D打印的99.6%的尺寸在其预期值的-0.366mm和0.388mm范围内。对于MJF，这些数字是-0.402mm和0.154mm。最后，对于HSS，99.6%的打印尺寸在其预期值的-0.313mm和0.155mm范围内。 有趣的是，绝大多数HSS和MJF零件的尺寸都小于其预期值，而不是更大。这可以归因于这些3D打印方法固有的加热步骤，其中聚合物部件使用红外烧结和熔合以增加密度和强度。然而，这也会导致零件尺寸缩小，因此最好在打印准备期间缩放零件的尺寸以抵消这种情况。 HSS…

4月20日，Desktop Metal推出全新的ExOne S-Max Flex可扩展、大幅面、粘结剂喷射砂型3D打印机。粘结剂喷射砂型3D打印技术目前已被广泛用于铸造领域，被认为是降低传统铸造生产劳动强度和人力成本以及实现绿色制造的重要技术。作为ExOne最具代表性的产品组合，该技术已被融入到Desktop Metal的产品系列。 新的S-Max Flex将ExOne在工艺和材料方面的专业知识与Desktop Metal独特的SPJ技术结合实现了更加经济的解决方案。实际上，这台新型的机器人架构3D打印解决方案还将另一家被Desktop Metal收购的企业——EnvisionTEC的产品技术吸收其中，后者的Viridis 3D打印机具有类似的自动化机械臂。因此可见，Desktop Metal通过收购，正在将各家的技术整合出新的超级新品。 S-Max Flex将经济实惠的工业机器人与全新的末端执行器打印头设计相结合，打印尺寸达1.9 x 1 x 1 m，而这台可伸缩式的构建箱完全可扩展，其他版本可以达到4.7 x 1 x 1 m以及1 x 2.5 x 2.4m。 Desktop Metal联合创始人兼首席执行官表示，他们利用SPJ技术（一个行程同时完成铺粉与粘结剂喷射）重新设计了S-Max Flex，因此使3D打印的速度更高、制造成本更低。 粘结剂喷射砂型3D打印机对铸造行业具有强劲的需求，SPJ技术可提供高达115l/h的构建速度，为铸造厂提供快速可靠的生产，即便在劳动力短缺的情况下也可高效运营并加快投资回报。使用呋喃粘结剂打印标准硅砂，可提供尺寸精度为+/-0.5mm的最终零件。 粘结剂喷射3D打印被广泛认为是用于功能精密零件批量生产的最快增材制造解决方案，铸造行业使用该技术可快速制造出复杂的金属零件，并用于航空航天、汽车和能源行业。 注：本文内容来自3D打印技术参考。欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博千人交流Q群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.2022 TCT亚洲展现已开放观众预约参观 2.ExOne保障粘结剂喷射金属3D打印高质量、可重复制造的关键要素 3.中文视频：Desktop Metal如何保障粘结剂喷射金属3D打印质量的均一性和可重复性 4.重磅：富士康宣布开发粘结剂喷射金属3D打印系统

近日，台湾电子巨头富士康与增材制造公司Triditive宣称联手开发基于粘结剂喷射的金属3D打印机。Triditive公司的代表性产品是金属熔融挤出制造系统，具有丰富的后烧结经验，因此能够帮助富士康解决粘结剂喷射金属3D打印零件的成形质量控制问题。两家公司同时将合作扩展该技术平台的自动化制造能力。 富士康是科技领域最大的公司之一，是苹果、索尼和英特尔等巨头的设备及其他产品供应商。其传统上多采用模具制造工艺，或采用3D打印进行原型制造，此次是这家制造巨头第一次主动自主研发3D打印设备。富士康在考虑在生产中采用3D打印来减少高劳动密集型的生产环节并提高其生产能力的自动化程度。Triditive基于挤出工艺制造的金属3D打印零件 粘结剂喷射技术是一种粉末床、基于烧结的增材制造工艺，与现有技术相比，粘结剂喷射能够以更快、更低成本和批量化的形式制造金属零件，满足制造业对3D打印技术的生产需求。惠普、通用电气和Desktop Metal等巨头充分理解该技术的市场潜力，纷纷投入巨资研发，意图颠覆全球价值12万亿美元的制造业市场。2021年，已拥有超过30年喷墨技术经验的日本理光公司突然发布了一款采用自有工业喷墨打印技术的新型粘结剂喷射金属3D打印机，加上Desktop Metal于去年进行的一系列收购，粘结剂喷射技术在整个增材制造行业正在进行一场别开生面的演出。而富士康的加入，势必让这场演出更有看头。 粘结剂喷射技术通过向金属或陶瓷粉末床上喷射粘结剂，配合固化过程能够得到零件的生坯。对于粘结剂的开发，Triditive将与西班牙研究和技术开发中心Tecnalia合作，同时还将与德国Fraunhofer技术中心合作优化金属粉末。 基于制造量和零件复杂性的3D打印技术图，Binder Jetting的主要影响将出现在更高产量的应用中（来源：Ampower） 该技术与市场上其他3D打印工艺的区别在于生产的可扩展性和金属零件制造成本的降低，使其在扩大增材制造采用方面更具吸引力。然而，就如3D打印技术参考在此前已经解释过的那样，对于粘结剂喷射金属3D打印技术，在尝试使用该技术时必须要考虑整个工艺链，因为采用该技术生产零件时存在固有的挑战，且主要与烧结工艺有关。 粘结剂喷射技术整个工艺链涉及的问题 粘结剂喷射金属3D打印技术对材料、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，技术含量并不比其他金属3D打印技术低。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。此外，还有一个不可忽视的因素是设备成本问题，后工艺阶段的脱脂烧结炉，可能比3D打印机贵的多。除这些因素外，该工艺还必须保证在快速去除松散粉末的同时还能保持零件具有足够的生坯强度来保持特征形状，这是实现工业化生产和自动化的重要条件， Triditive和富士康也特意对自动化进行了强调。 Triditive基于挤出工艺的金属3D打印技术自动化生产线 当前，越来越多的证据表明，粘结剂喷射金属3D打印技术能够达到铸件零件的性能，且零件表面质量能够满足最终用途，对于重要的位置也可与其他金属3D打印工艺一样采用精加工。但也有证据表明，该技术并非像宣称的那样完全不需要支撑结构，这与烧结过程中的易变性不无相关。 但无论如何，粘结剂喷射金属3D打印技术确实正在受到越来越多的关注。 注：本文内容来自3D打印技术参考。欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博千人交流Q群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.千呼万唤始出来，Desktop Metal终于交付第一台生产级粘结剂喷射金属3D打印系统 2.粉末床熔融和粘结剂喷射金属3D打印零件热处理及烧结面临的挑战 3.Magics为粘结剂喷射金属3D打印零件创建烧结防变形支撑 4.金属粘结剂喷射3D打印：在尝试使用该技术时须考虑整个工艺链

近日，领先的粘结剂喷射金属3D打印技术制造商Desktop Metal终于将第一台生产级系统（Production系列）交付给客户，标志着该公司用于最终用途金属零件大规模生产的旗舰增材制造技术真正商业化。 这台被称为P-50的打印机，是有史以来最受期待的先进制造系统之一，是近1亿美元投资和由Desktop Metal工程师和材料科学家为之奋斗了四年的产物。Production系列概念的提出是在2017年，其开发时间之长，以至于让国内某公司放弃了代理权。该系列产品旨在大规模生产高性能金属零件，其可重复性和成本可与传统制造竞争。 Desktop MetalP-50 第一台生产级系统的客户是史丹利百得公司（Stanley Black & Decker），这是一家生产并销售工业工具及安全方案的公司，生产手工工具、电动工具及相关配件，机械入口方案和电子安全方案、工程紧固系统。该公司总部位于美国，在美国拥有近50家制造工厂，在全球的工厂数量达100多家。 凯奔三维业务总监张磊指出，自2015年之后，新的3D打印工艺从材料性能、效率、成本等方面都有质的改善。比如连续碳纤维技术、高速尼龙技术以及Desktop Metal这种粘结剂金属打印技术。国内很多大企业用户（军工除外）到目前仍对3D打印技术感到沮丧或信心不足，因为在2012-2018年之间他们花费大价钱采购的3D打印设备绝大部分闲置，发挥的价值非常有限。而美国人对粘结剂喷射技术寄予厚望，认为通过发展这种技术可以实现制造业回流。在我国大量企业发展SLM的同时，需要有更多人关注粘结剂喷射技术。 Desktop Metal采用单程喷射技术，相比此前同类系统具有更高的制造效率，设计速度达到了传统粉末床金属3D打印技术的100倍，并且能够以与传统大规模生产技术竞争的成本每年生产多达数百万个零件。除此之外，该技术可实现无支撑打印，力学性能与铸造相当，可用材料广泛，行业趋向于认为粘结剂喷射将比SLM具备更广阔的应用前景。 粘结剂喷射金属3D打印可批量制造金属零件 P50系统具有490 x 380 x 260 mm的成型尺寸，并集成了包括十种金属的强大材料工艺库——从商业纯铜到不锈钢，同时他们也在积极开发其他金属合金。不过，这台设备并非是Desktop Metal最大成型尺寸的粘结剂喷射金属3D打印机，因为该公司于2021年收购了另一家领先的同工艺类型的制造商——Exone。 3D打印技术参考此前已有多篇文章介绍Exone的技术，无疑它曾在该技术领域最为知名。作为粘结剂喷射3D打印技术的领导者，ExOne推出了多款已经商业化的打印机，其服务中心所交付的零件数量也在2021年超过了200万件。该公司具有几十种创新性的金属材料3D打印工艺，并于去年上半年率先突破了铝合金的粘结剂喷射技术成型和制造。2019年，该公司推出X1160PRO，凭借800x500x400mm的成型尺寸成为迄今为止最大的金属粘结剂喷射3D打印机，而无论Desktop Metal、HP还是GE Additive，他们不仅是后来者，更在技术层面未曾实质性的超越Exone。 在被收购几个月后，Exone的部分产品已经被集成到Desktop Metal的产品系列中，包括InnoventX、X25Pro以及X1160PRO。InnoventX是入门级的粘结剂喷射系统，非常适合学术、研发和小批量生产应用。X25Pro是一种易于使用且高效的中型解决方案，已在全球范围内用于批量生产，具有400 x 250 x 250mm的成型尺寸。 X1160PRO X25Pro InnoventX Desktop Metal对Exone的收购，已经初显对粘结剂喷射金属3D打印领域的统治地位，目前它几乎可以提供所有层级的粘结剂喷射增材制造产品，为客户提供比以往更多的选择。 近日，全球微反应堆和核电技术开发领域的领导者USNC（Ultra Safe Nuclear Corporation）购置了两台Desktop Metal最近更新的X系列粘结剂喷射系统，这些能够打印碳化硅等先进材料的机器将是促进用于新一代先进核反应堆创新燃料设计的关键。USNC核心部门执行副总裁表示，X系列的先进材料能力是其创新燃料设计方法的基础，对于USNC复杂的批量生产来说，粘结剂喷射是一种低成本、高产量、可靠的工艺。 Desktop Metal 已经为多个全球汽车品牌提供服务，其中许多品牌使用该公司的技术来3D打印系列最终用途汽车部件，这些客户包括宝马、雷诺、大陆航空和福特。2021年12月，Desktop Metal从一家德国主要汽车制造商那里获得了价值790万美元的粘结剂喷射增材制造系统订单，用于大规模生产汽车动力总成部件。 3月9日，Desktop Metal公布了上市以来第一个完整财年未经审计的业绩报告。其2021财年的总收入为1.12亿美元，比2020年增长583%。在过去一年，这家公司通过对行业内众多领先技术厂商的收购使其成为名副其实的、更为成熟的基于粘结剂喷射成型的增材制造公司。 注：本文内容来自3D打印技术参考。欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博千人交流QQ2群：838951316；网址： 延伸阅读： 1.2022 TCT亚洲展现已开放观众预约参观 2.ExOne保障粘结剂喷射金属3D打印高质量、可重复制造的关键要素 3.3D打印独角兽Desktop Metal收购ExOne是否是必然？ 4.无法忽视的DM帝国：被Desktop Metal收购的领先3D打印企业

2月8日，美国白宫发布更新版《关键和新兴技术清单》(Critical and Emerging Technologies List，简称CET List)，这或为即将出台的美国技术竞争力和国家安全战略提供信息支撑。 美国为了编制这份更新版的CET清单，动用了众多职能部门。包括来自总统执行办公室的18个部门、机构和办公室的专家以及国家安全委员会的相关部门。在过去一年里他们推动了广泛的跨机构审议过程，确定了可能对美国国家安全至关重要的CET分支领域，3D打印技术再一次被纳入其中。 3D打印技术被确定在先进制造名录下，其他先进制造技术还包括可持续制造、智能制造和纳米制造。 3D打印技术不仅被列入了名单，而且它对文件中的其他几项新兴技术至关重要，如先进工程材料、自主系统和机器人、生物技术、通信技术、可再生能源发电和存储、空间系统、半导体和微电子。 虽然3D打印在其中一些领域的应用仍处于起步阶段，但该技术有望在许多已确定的领域提供广泛的应用和研发机会。介于清单中再次包含增材制造，以及其对其他技术领域的重要作用，表明该技术在帮助美国实现其国家安全目标方面的潜力越来越大。 美国《关键与新兴技术清单》2020与2022版对比（来自道琼斯风险合规） 美国军事组织确实在借助3D打印技术实现国土安全方面动作频繁。 2021年6月10日，美国防部研究与工程副部长办公室发布国防部5000.93指示《增材制造在国防部的使用》，该指示作为首份面向增材制造（AM）的顶层政策文件，就增材制造在国防部的实施和应用制定政策、明确责任并细化程序。 美国陆军不仅要求3D Systems开发9激光器1m*1m x 0.6m的大型金属3D打印机，同时投资建造目标尺寸9 x 6 x 3.6 m的世界最大金属3D打印机； 美国空军则大力开发连续复合材料3D打印，用于无人机机翼成型，并且与GE公司开展金属3D打印探路者计划； 美国海军2021年与Stratasys达成25台2000万美元的历史最大政府3D打印机购买交易，这份合同甚至是Stratasys迄今为止最大的政府项目。 此外，美过国防部还授予ExOne粘结剂喷射3D打印移动方舱的制造合同，用以开发一个完全可操作的3D打印移动“工厂”，支持陆、海、空直接部署在野外，支持战区、灾难救济或其他远程零件制造任务。 由此可见，美国军队从最高决策层到各军种对这项技术都格外重视。 美国确实在3D打印技术的某些领域保持着全球领先地位。 大型连续纤维3D打印技术 连续纤维3D打印技术综合利用工业机器人、末端执行器、原位检测、智能监测与机器学习等技术，能够快速输送、沉积连续纤维增强体。美欧3D打印技术开发商与机器人制造商已共同开发了一系列先进的连续纤维3D打印设备与制造工艺，诞生了Orbital Composites、Continuous Composites、Arris Composites等公司。在该技术领域，我国发展滞后。 增减材3D打印技术 该技术在航空航天、军事等领域具有重要价值，并因此名列2020年的出口管制名单。美国洛马公司、HybridManufacturing Technologies、Fabrisonic、Relativity Space等公司在该领域都颇有建树，尤其以Relativity Space世界最大金属3D打印机最为知名，借助强大的增减材混合制造能力，该公司能够在30天内打印出整个火箭整流罩，并能在短短60天内生产出整枚火箭。 粘结剂喷射3D打印技术 美国在该技术领域保持绝对领先地位，几大粘结剂喷射3D打印的供应商，Exone、Desktop Metal、GE Additive、HP均是美国企业。该技术能够有效解决3D打印工艺过程中的高成本、相对较长加工周期的问题，从而将金属3D打印推向批量化生产。这项技术被汽车行业广泛看重，福特、大众等公司也与相关企业展开了相关合作。而在同技术领域，国内目前鲜有可商业化的产品。 无支撑金属3D打印技术 不需支撑或少支撑进行大尺寸金属3D打印对许多工业最终用户来说非常有吸引力，此举在增加设计复杂性、简化后处理方面至关重要。美国Velo3D公司在该技术领域保持绝对领先地位，国内鲜有该方面的技术，更无产品。通过集成质量保证体系及先进的软件系统以及无支撑技术，该公司获得了来自航空航天和能源市场的充足客户。 3D打印仿真软件 3D打印工艺仿真主要研究加工参数、粉末、几何构型等因素对于宏观变形、残余应力、部件微观内部金相组织及性能的影响，对于零件控形控性研究与生产具有重要价值。在该技术领域，美国有ANSYS、Netfabb等成熟的解决方案，而我国目前还处于研究阶段。 先进设计软件 面向增材制造的先进设计工具集合了强大的几何建模和仿真分析功能，并在充分考虑增材制造工艺特点的基础上，帮助工程师快速掌握面向增材制造的设计方法，充分发挥增材制造带来的广阔自由度，同时可重复使用的工作流使设计流程走向自动化。美国nTopology是知名的优化设计平台，此软件开发出了一些列优秀的设计，在技术领域国内存在很大差距。 此外，在3D打印应用环节美国也具有领先地位，来自航空航天、汽车行业的用户积极推进该技术在产业链中的应用，并诞生了多个批量化生产的案例。 不过，经过多年发展，国内3D打印技术也获得了突飞猛进的发展。 此前，美国在树脂喷射、高性能线材挤出领域保持多年优势，随着中国远铸智能、上海复志、赛纳三维等企业的崛起，该领域已经度过了追赶期； 在高速光固化技术领域，美国Carbon公司遥遥领先，并在材料、设计领域保持先进性，中国在该技术领域较为知名的是清锋时代。 在材料领域，此前高质量的3D打印材料多依赖进口，但随着宝航新材料、康普锡威等本土品牌的快速成长，钛合金3000元/公斤以及高端材料依赖进口的时代一去不复返。 在金属3D打印领域，国内开发商也已经实现了独立自主，在国内大有完全替代进口品牌的势头，无论在打印尺寸、激光器数量和制造效率、质量方面也与国外相当，甚至有超越之势。 对于高端制造，我国同样也将部分3D打印技术纳入了“限制出口技术目录”。 最为知名的当属王华明院士采用3D打印制造大型整体钛合金结构件的技术，该技术使我国在大型飞机承载结构设计和制造方面赶超国外；此外，由武汉天昱智能制造有限公司与华中科技大学合作开发的微铸锻铣一体化增材制造机床也被列入了中国“限制出口技术目录”，该技术突破了传统增材技术无法制造锻件的瓶颈，一经问世便获得了GE、空客、商飞、西飞、成飞等大型企业的高度关注。 对于3D打印技术的发展水平，中国在某些领域已居全球领先水平，但在某些技术层面则确实存在差距。尤其在技术层级的发展上，中国一直在追逐美国的脚步，当我们大力发展起某项技术时，发现对方已经换了思路，开辟了新的技术领域，这种现象值得我们深思并作出改变。 美国发布的这份更新后的清单不应被解释为政策制定或资助的优先清单，但它确实清楚地表明了美国为加强国家安全而关注的领域。在制定研究和推进支持国家安全任务的技术计划时，美国部门和机构可参考这份清单。拜登政府同时也是在告知盟友和合作伙伴，促进和保持共同的技术优势，保护敏感技术不被挪用和滥用。这也意味着美国一些全球领先的3D打印技术及其产品可能对中国实行禁运。 注：本文内容来自3D打印技术参考。欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博千人交流QQ群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.2022 TCT亚洲展现已开放观众预约参观 2.分责任，抓落实！美国防部发布使用增材制造的官方政策 3.武器准备专题四：我国新一代军机普遍使用3D打印技术 4.珠海航展上的大尺寸金属3D打印零部件背后的制造故事

通过重新熔化粉末或丝材，使每台3D打印机基本上都成为了自己的铸造厂。然而，打印部件确定且且可重复的机械特性仍然是应用端面临的主要障碍。 此外，3D打印零件件的真空热处理也在发展。由于与传统生产的零件相比，增材制造的零件显示出截然不同的机械行为，因此与此过程相关的热处理也有所不同。由于大多数金属3D打印工艺都涉及高温熔化和快速冷却，因此零件通常具有极高的内应力。 为研究机械性能而打印的不同取向的拉伸试样 这些固有应力对零件来说可能是优点，也可能是缺点。当内部应力对最终产品有害时，真空应力消除似乎是对3D打印部件执行的最普遍和最重要的热处理工艺。普及度略低一些的其他真空热处理工艺包括真空退火和真空烧结。 随着增材制造技术的应用越来越广泛，制造商通常会与商业热处理商签订合同，为其执行关键的热处理，当然大型服务商也会采购专业的热处理设备进行内部处理。当前业内普遍应用的热处理炉包括真空炉和气氛炉。前者必须配备扩散泵以达到深真空水平，并且必须具有极其严格的温度均匀性；而后者不必配备扩散泵，真空度水平较低，通常需要氮气或氩气保护，但热处理过后的零件通常表面被氧化。 增材制造需要的关键热处理设备——真空炉 粉末床熔融和粘结剂喷射金属3D打印零件热处理面临的风险 3D打印的组件的通常是“近净形”的零件，真空炉的气氛条件必须满足要求。热处理完成的钛或镍基合金零件表面如果出现污染可能导致零件报废。因此，制造商通常会坚持只使用昂贵的全金属高温区真空炉来进行热处理。真空热处理企业必须重视这一要求，一定要明确这种要求所关联的风险。 粉末床熔融工艺仍然是当前应用范围最广的金属3D打印技术，这种基于粉末的层层制造工艺极易附着甚至将粉末沉积在内腔、盲孔和冷却通道中而难以去除。 如果不能采取完善的预防措施，无法使用的可能不仅仅是零件，更有可能会对昂贵的真空热处理炉造成损坏。由于打印零件中仍有松散粉末，在热处理过程中，从部件内腔掉出来的粉末使钼制高温区被严重损坏。补救措施只能是将加热片翻面使用，用氮气彻底吹扫整个部件，以及只在全金属高温区内处理没有空腔的实心SLM打印的部件。 掉出的钛粉粘结到钼制发热元件上 对于处理粘结剂喷射技术成型的零件，通常首先需要将零件在常压炉中进行脱脂，在该过程中大部分的粘结剂会被去除。但在随后的高温真空烧结过程中，剩余的粘结剂会释放和挥发出来，这些有害的粘结剂会附着在真空炉的低温区域，如水冷机或真空泵。因此，如果对粘结剂喷射技术3D打印的零件进行烧结，需要配备专门设计的真空炉，并且该炉型需要具有粘结剂回收装置。 真空泵被污染后的对比 热处理过程中的其他关键要素 3D打印工程师需要明白，只有当构建基板与成型材料的成分相匹配时，才能得到最好的结果。此外，打印部件的最大厚度也应与构建基板的厚度非常接近。匹配的构建基板成分和尺寸有助于在热处理过程中获得更稳定、无裂纹的3D打印部件。 由于打印断面和构建板厚度匹配不当在热处理过程中产生裂纹 此外，在热处理过程中，构建基板本身通常与打印部件的温度曲线难以相匹配，直接将热电偶放置在打印部件内部便非常重要。3D打印允许较高的设计自由度，因此热处理商往往要求在打印部件的最厚横截面内设置一个打印孔以便放置热电偶。如果不允许这么做，则应当在构建板上放一个与最大厚度相匹配的模拟块并预先钻好孔。 构建板本身通常不能反映出所打印部件的温度分布，因此绝不要在构建板上钻孔和接线 3D打印的复杂零件又是可能包含盲孔、空腔、暗槽或密封的冷却通道，在真空热处理过程中，任何压差都可能导致打印部件产生裂纹甚至爆裂。因此，所有3D打印出来的内部几何形状都必须有一个通畅的排气路径。 在对3D打印的零部件进行真空热处理前，都应当至少在1300℃左右进行适当的烘炉， 真空漏率应当小于每小时5微米汞柱。许多打印部件都有很大的应力，一定要在多个预设温度下保温，并且缓慢地加热和冷却。 除进行规定的热处理之外，构建基板还需要进行蠕变校平处理，校平时需要压上重物，蠕变压平可以使基板重复使用。 在关键位置压上重物对构建板进行蠕变校平 END 金属3D打印如今正在航空航天、医疗、汽车等行业发挥重要价值，对热处理的需求也在稳步增长，国内外目前相关的服务数量增长明显。 可重复性是金属3D打印技术追求的重要目标，不仅仅是能够降低生产成本，更能够提高技术的可靠性。事实证明，真空热处理对整个增材制造工艺的成功应用起着非常重要的作用，这个链条上所有参与者都必须接受。 欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博千人交流群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.全面回顾金属增材制造零件的断裂与疲劳特性（二）——缺陷与后处理手段 2.Science重磅：一种非常规的3D打印策略，创建超级钛合金结构 3.罗罗通过3D打印设计和制造有史以来最大航空发动机的关键结构 4.美奥本大学与EOS深入研究3D打印铝合金部件的结构完整性

JPB système是一家专为航空航天和其他行业提供提高效率技术解决方案的领先制造商。该公司通过其基于工业4.0的流程为一些业内最大的制造商提供服务，包括赛峰集团、普惠公司、通用电气、劳斯莱斯和ITP Aero。近日，该公司通过一个项目的实施，证明了3D打印技术所能够带来的制造优势，其通过首轮实验即成功大幅降低了航空零件的重量和交货时间。 这些实验旨在评估粘结剂喷射金属3D打印技术在制造可飞行航空部件中的潜在应用，且已经取得了“非常积极的结果”。事实上该公司表示，在某些用例中，改用粘结剂喷射技术使其零件比以前轻了30%，同时将整体生产时间缩短了80%。JPB système公司工程与创新总监JocelynVecchio表示：“正如我们预期的那样，我们对粘结剂喷射金属3D打印技术的试验强调了它的多功能性以及减少时间和成本的能力，它将为我们公司和我们的客户带来巨大的利益。到目前为止，我们对该技术应用可能性的探索已经证明非常成功，并为我们寻求创新提供了巨大潜力。” JPB système的3D打印试验使其能够将航空零件的交货时间缩短多达80%（图片来自JPB système） JPB système的配件业务 JPB système总部位于法国巴黎，但在波兰和美国设有生产设施，专门设计和制造“无线锁定防旋转装置”。这些紧固件和配件最初是为航空和航天用途而设计的，主要设计用于在极其恶劣的环境中固定部件，同时，这些产品也广泛用于汽车、铁路、海洋和核工业领域。 该公司的产品包括自锁配件、自锁插头及推锁紧固件等，可用于生产各种无需安全线的飞机配件。2012年，JPB système与劳斯莱斯签署了一份为期30年的合同，为TRENT发动机系列提供装备，并为能够承受极端条件的新型自锁管道镜塞申请了专利。2014年，该公司与赛峰签订发动机终身合同，并获得了增长最快的航空公司奖。 JPB Système 的 LULYOK 紧固件之一 该公司表示，由于它们的产品能够承受强烈的振动、温度波动或化学污染，还可以用来代替锁线、标签垫圈、开口销或任何其他紧固配件或管道镜插头，从而有效地提高飞机发动机的安全性、有效性和使用寿命。 JPB système粘结剂喷射试验生产计划 JPB système表示，通过粘结剂喷射试验生产的零件通常是使用机加工或铸造工艺制造的，在“可实现的几何形状”方面存在“限制”。该公司还表示，以传统方式制造组件需要使用昂贵的工具和模具，且需要长达六个月的生产时间，这延长了他们的交货时间。 为了解决这些问题，JPB système已经开始评估3D打印作为替代生产工艺的潜力，初步结果证明是非常有希望的。关于交货时间，据称测试部件“达到了预期”，3D打印能够比以前“更快、更容易、更经济地提供强大的轻量级替代品”。 JPB système计划于2023年开设一家配备3D打印设备的新工厂 JPB système采用粘结剂喷射技术生产零件（左右滑动查看更多） JPB système还表示，在其粘结剂喷射试验期间，它能够在短短四个星期内制造出具有更复杂、集成几何形状的产品，在该案例中，将几个部件整合到一个“多组件功能系统”中，不仅简化了组装过程，而且消除了任何异物进入的风险。除此之外，该公司还采用其他3D打印技术制造了具有网格点阵结构的零件，零件的重量减轻了30%，在减少材料使用的同时仍旧能够满足耐用性要求。 JPB système采用粘结剂喷射技术生产零件 JPB système研究工程师BenjaminSangouard补充道：“对于OEM客户和供应链上游不断寻求减轻飞机整体重量的客户来说，这是一个重要选择。更轻的飞机意味着更少的燃料，同时意味着更低的成本和更少的排放，从可持续发展的角度来看，这很重要。” 未来，JPB système计划于2023年开设一家新的初创工厂，其中3D打印机将作为“自动化生产线”的一部分部署。鉴于该公司的客户目前包括赛峰集团、普惠公司、通用电气和劳斯莱斯等公司，该工厂的开业意味着3D打印技术将进一步深入航空航天零配件制造业务。 GE也通过具体项目，证明3D打印相比传统工艺更具优势 通过具体的项目来验证3D打印是否比传统工艺更具优势的还有通用电气。 2021年，GE Aviation展示了金属3D打印如何低成本代替铸造工艺、生产传统无创新设计部件的案例。即便已为铸模付出了巨大成本，但选择金属3D打印依旧经济可行。GE Aviation的增材制造部门负责人表示，这是他们第一次发现金属3D打印比铸造还要便宜，即便在有外部供应商报价的情况下，金属3D打印仍然具有成本优势。工程师从识别目标零件到3D打印最终原型，总用时仅10个月，而使用铸造工艺生产这些零件则需要12到18个月甚至更长时间。与以往利用零件合并来减少组装从而降低大量成本不同，此次3D打印的零件完全基于铸造模型，没有任何的设计更改。这一发现让GE Aviation着手寻找其他发动机上更多的零件，并采用金属3D打印来降低成本。 GE Aviation与GE Additive合作开展的论证项目 GE Additive粘结剂喷射金属3D打印（左右滑动查看更多） 除此之外，对于另一项金属3D打印技术——粘结剂喷射，GE各业务部门则通力合作，共同支持该技术的研究与开发。目前，GE Additive已经可以打印航空、能源、汽车和其他工业领域使用的多种合金，不断开发的新材料和形状解决方案，能够满足客户的各种应用需求。该公司指出，与其他3D打印工艺相比，粘结剂喷射技术具有许多优势：可以成型超级合金和其他难以焊接的材料，并能制造结构更为复杂的零件；金属粘结剂喷射的速度和无支撑特性还可以节省时间和成本，其打印速度至少比基于激光的技术快 6 倍，并可以在适当的热处理后制造更大的零件。GE Additive开发的粘结剂喷射金属3D打印机成型尺寸达到390*390*267mm，证明该技术的开发从一开始就面向工业部件制造。 END 对于金属3D打印技术，粘结剂喷射工艺从更加经济、可批量化和更高的制造效率方面满足了制造业终端对量产的生产需求。3D打印技术参考认为当前主流的激光粉末床熔融工艺在未来金属3D打印普及应用的情况下将无法与粘结剂喷射技术竞争，即便前者工艺所配备的激光数量在增多、尺寸也在增大，但工艺本身的限制因素导致了其在成本和速度方面仍然不敌后者。 粘结剂喷射金属3D打印技术一直都是国外3D打印领域投资的热门技术，但在国内却长时间发展缓慢。该技术已经经过了国外公司的5年积累，在未来5年，将会比基于激光的金属3D打印更深入的影响制造业。 注：本文内容来自3D打印技术参考。欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博千人交流QQ群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.喷墨技术专家——理光，推出粘结剂喷射金属3D打印机 2.Magics为粘结剂喷射金属3D打印零件创建烧结防变形支撑 3.GE公司的新尝试：采用金属3D打印代替铸造，发现成本更加经济 4.GE增材：四年来，通用旗下多部门支持转向粘结剂喷射金属3D打印技术

在粘结剂喷射金属3D打印过程中使用超细粉末是获得高质量最终零件的重要保障。因为粉末越细，越有助于有助于颗粒之间充分烧结，形成致密、均匀的微观结构，从而获得可靠的形状和性能。 然而，处理超细粉末存在很大挑战。首先，很难将它们均匀地铺展在粉床上，这些细小的颗粒很容易堆积结块；其次，当粘结剂沉积在粉床上时，还会出现波纹或者移位；此外，要覆盖的表面积越大，创建统一的打印环境就越困难。ExOne指出，在使用粘合剂喷射技术进行金属零件3D打印时，必须严格控制铺粉过程。3D打印机的稳定性将会在烧结后的零件中充分显现出来，同时会暴露粉末熔融过程中的所有缺陷。 ExOne指出，使用粘结剂喷射金属3D打印技术必须保证以下几点： • 打印机必须保障能够铺设薄而致密且均匀的粉末层； •打印头必须将粘结剂精确地沉积在需要发生颗粒结合的粉末床上； •在开始下一层之前，已打印层必须足够干燥，以便所需的颗粒部分粘合在一起，并且打印区域不能太湿。 本期，3D打印技术参考主要介绍ExOne如何控制超细金属粉末良好分配、均匀摊铺和压实粉末床，这些因素是ExOne实现高质量零件和可重复性制造的重要因素。ExOne获得专利的三重压实系统解决了三个最重要的问题：对粉末进行分配、摊铺和压实，以创建薄而均匀的粉末层。这是一个三重解决方案，其每个功能在设计上都是独特的。 1. 粉末沉积—独特的超声波料斗 为解决粉末结块和粉末扬尘问题，多年来ExOne使用了几种不同的沉积方法。最初，机器使用并排的盒子系统，垂直分配粉末，然后将粉末散布在打印区域。 为了取得最佳效果，ExOne工程团队研究了其他细粉加工行业使用的粉末处理技术。他们发现使用震动和脉冲系统，以特定的节奏来管理和移动细粉。但这种方法也有局限性：大多数粉末沉积系统用于将粉末放置在一个狭窄的位置，而不是整个打印区域，因此ExOne发明了一种独特的解决方案。 超声波料斗的运行过程 ExOne开发并改进了Triple ACT系统的第一部分：料斗设计。当粉末快速穿过打印床的跨度时，超声波振动释放高度受控的粉末量，该步骤旨在大的构建区域范围内释放出足够的粉末颗粒。之后，会进入到系统的第二部分功能，均匀铺展粉末。 2. 粉末铺展—具有滚花设计的新型辊筒 ExOne过去在小尺寸设备上一直采用传统的铺粉滚将粉末摊铺并压实，这种结构取得了有限的效果。但随着成型尺寸扩大，该装置确实仍在一定程度上有助于粉末的均匀分布，但它实际上对将粉末压实更有效。因此，传统的铺粉机构在大尺寸打印范围内无法实现均匀一致的粉末铺展效果。 带有滚花设计的新型辊筒 滚花设计有助于粉末传动 因此，ExOne的团队决定将粉末摊铺和压实功能分开，为每个步骤使用两种新的辊筒设计。新的铺粉辊具有特殊的滚花设计，能够增加与粉末表面的摩擦和接触。这种特殊的表面有助于在一定的高度设置下以一致的方式均匀地拾取和摊铺粉末，确保粉末以一致、均匀的方式铺展。 3. 零件致密化的最后一步—粉末压实 三重压实系统的最后一步就是压实上一步均匀铺设的粉末。目标是将颗粒紧密地压在一起，这样当喷头将粘结剂喷射进入颗粒之间时，它可以形成最致密的粘合。 但是，压实的压力也不能太大，否则可能会损坏上一层刚刚打印完、尚未完全固化的图层。虽然每层都会在喷射粘结剂后进行加热，但在铺设新的粉末层之前，该层并未完全固化或干燥。 粉末压实辊 三重压实系统的整个铺粉过程 打印、烘烤与铺粉 就比如，在海滩上的潮湿沙堡中添加一层新沙子，然后用辊子将其压平，必须使用刚好足够的力来压实，否则下层就会被压碎。在粘结剂喷射中，这些已经打印的层对X、Y和Z方向的破坏非常敏感，压实力以及在压实作用下Z轴的精度必须严格控制。 此外，ExOne的三重压实系统还有助于获得更好的表面质量，避免了粉末分散和移位。 ExOne采用粘结剂喷射技术完成烧结的金属零件 关于铺粉过程对零件质量的影响，滑铁卢大学进行了相关研究，并发表在杂志《Additive Manufacturing》上，证实了铺粉辊系统对粘结剂喷射流金属3D打印部件增加生坯密度及提高质量是至关重要的。同时，粉末层的压实也有助于最大限度地减少液体粘结剂在零件区域外的渗出，这种渗出效应可能是有害的，因为它可能会导致层移。 END 综上所述，ExOne的精细粉末分配、摊铺和压实系统提供了业界领先的零件密度和生产3D打印所需的可重复性，尤其适用于在更大的构建区域内进行生产。 ExOne的三效系统可实现97%或更高的密度，并且在整个制造区域的零件密度变化仅为0.3%——相比ExOne带有传统的铺粉机构的系统提高了90%。 参考文献：https://doi.org/10.1016/j.addma.2018.10.015欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博千人交流群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.Desktop Metal如何保障粘结剂喷射金属3D打印质量的均一性和可重复性 2.GE增材：四年来，通用旗下多部门支持转向粘结剂喷射金属3D打印技术 3.粘结剂喷射3D打印：高DPI并不意味高精度，五个因素是关键 4.金属粘结剂喷射3D打印：在尝试使用该技术时须考虑整个工艺链

11月12日，Desktop metal正式完成对粘结剂喷射3D打印技术领导者Exone的收购，后者通过补充解决方案扩展了Desktop Metal的产品系列，创建了当前最强的粘结剂喷射金属3D打印产品组合，以提供行业领先的吞吐量、灵活性和材料广度，为客户提供多种选择来满足其特定应用。 11月16日，3D打印技术参考了解到，Desktop metal宣布收购另一家粘结剂喷射技术领域的新锐企业——Meta Additive。该企业所推出的粘结剂喷射技术和新型功能粘结剂提供了先进的增材制造解决方案，以应对当前该工艺领域所面临的孔隙率、收缩、零件尺寸限制和生产速度缓慢的问题。 Meta Additive的技术特点在当前所有的粘结剂喷射工艺中，构成最终部件的材料几乎完全来自粉末床，而粘结剂是牺牲品。这意味着，一旦通过脱脂步骤去除了粘结剂，最终产品就需要漫长的热处理步骤来固结零件，这通常会导致残留孔隙率和高收缩率。 为了克服这些问题，Meta Additive改为使用非牺牲性粘结剂，这些粘结剂可以同时用功能性构建材料粘结和渗透粉末床。具体来说，它由由金属成分或陶瓷成分制成，这取决于打印材料。这种由分子成分、纳米成分和微成分组成的粘结剂，没有任何需要去除的部分。纳米颗粒在粉末颗粒间填充空隙，其中的分子成分——Meta Additive 的技术关键，通过分子水平的设计让其以希望的方式进行反应。类似于XJet和ExOne的工艺，纳米颗粒填充在粉末间隙来实现颗粒间结合和渗透。 这种方法的一个明显好处是烧结过程中的零件收缩要少得多。而传统的粘结剂喷射工艺可以看到高达20%的零件收缩率，并且需要长时间的脱脂和烧结才能达到98%和99%的密度。Meta Additive 可以在很大程度上控制每个零件的密度和孔隙度，收缩率低至2%，这是真正的技术突破。在烧结之前，直接打印完的零件已经相当坚硬，密度高达88%。“那是因为在打印过程中发生了真正的化学反应，形成了真正的金属键。进行热处理只是为了巩固其余的微观结构，以实现精确微观结构”，该公司联合创始人凯特布莱克博士表示。 Meta Additive的技术将解决什么问题？ • 孔隙率和结构多功能性 Meta Additive在化学层面重新设计了粘结剂喷射过程。传统上，3D 打印部件只能由单一材料制成，密度均匀。Meta Additive 的工艺使制造商能够同时打印多种材料的单个零件，甚至允许定制材料的机械和结构特性，从而实现真正的设计灵活性。 •降低成本 新工艺使用的材料不仅消除了脱脂步骤的需要，而且还降低了后处理阶段所需的热量水平。这意味着后处理温度将缩短并显著降低高达 300 °C，从而降低成本。 •降低收缩率和开裂风险 该工艺中使用的粉末和粘结剂均由100%构建材料制成，无需脱脂步骤，并将收缩率从20%降低到仅2%，烧结温度的降低也降低了开裂风险。 •可持续性和速度优势 没有脱脂阶段、更短的热处理时间以及后处理温度的降低显著减少了制造每个组件所需的时间和所需要的能源。最重要的是，它们的工艺使用100%构建材料而不是传统的牺牲粘结剂，减少了产生的物理浪费。 该工艺流程因此可以更快、更经济、更可持续地打印零件，但仍然具有更高的质量和广泛的定制选项。 •突破零件尺寸限制 由于粉末和粘结剂由100%构建材料制成，更高的生坯强度和消除脱脂步骤使零件能够打印出比以前更大、更复杂的组件，而无需支撑结构。   强大的喷墨打印头能够处理此前难以喷射的各种流体凯特布莱克博士表示，“我们的技术有点像喷射‘类固醇’粘结剂，从某种意义上说，Meta Additive的技术顺应了所有喷射技术——可以越来越混合以进一步利用喷墨头的体素控制能力。”据3D打印技术参考了解，Meta Additive此前获得喷墨打印头供应商Xaar的投资，Xaar（1003）打印头的可靠性和性能也被证明是Meta Additive成功的关键。 Xaar 1003打印头的宽操作窗口和独特技术使Meta Additive能够使用以前被认为难以喷射的各种流体。Xaar的打印头架构和独特的TF技术、高沉积技术和高粘度处理能力，再加上该公司高级应用和技术组的支持，帮助Meta Additive 超越了喷墨打印的传统限制。 “在最初发现无法获得足够强大的打印头之后，Xaar 1003产品的到来以其独特的技术和处理各种流体的能力改变了我们的开发过程。”Meta Additive的联合创始人凯特布莱克博士表示。 END 此前，Desktop Metal开发了用于有效烧结的先进软件，ExOne推出了纳米颗粒粘结剂，XJet更进一步，直接喷射金属纳米粒子，进一步模糊了粘结剂喷射和材料喷射之间的界限。Meta Additive则通过化学的方式解决所有问题。 粘结剂喷射作为一种真正的下一代生产工艺正在提高人们的期望。有人称其为增材制造2.0。Desktop Metal相继完成了对该技术领域所有先进技术领导者的收购，已经成为真正的巨无霸，只需等待它推出怎样让人振奋的产品。 注：本文内容为3D打印技术参考原创，转载请注明来源。欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博千人交流群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.喷墨技术专家——理光，推出粘结剂喷射金属3D打印机 2.Desktop Metal如何保障粘结剂喷射金属3D打印质量的均一性和可重复性 3.无法忽视的DM帝国：被Desktop Metal收购的领先3D打印企业 4.GE增材：四年来，通用旗下多部门支持转向粘结剂喷射金属3D打印技术

粘结剂喷射（Binder Jetting）金属3D打印致密单质合金在国内外的起步时间相差不大。从报导资料来看， Desktop Metal、HP、GE等差不多在近五年左右开始开发该技术，Exone要早一点。在国内，武汉易制从2013年开始专注于粘结剂喷射3D打印技术，目前已经具备了一定的生产能力。本期，3D打印技术参考邀请到易制科技董事长蔡道生博士，详细解读粘结剂喷射金属3D打印技术当前的应用与发展难点。 当前国内粘结剂喷射金属3D打印技术研究与发展概况 粘结剂喷射金属3D打印技术工艺具有高速度、低成本、高精度的显著优势，以及国外在该技术方向的蓬勃发展，特别是在2018年该技术被《MIT Report》评为 “全球十大突破性技术”，国内越来越多团队开始重视该技术，一些从事粘结剂砂型打印和粉末冶金技术的团队也开始尝试研制，广东省、湖北省把该技术列入了重点专项进行支持。但是到目前为止，国内只见到武汉易制科技在该领域实现了基本应用的报导，并在多个行业进行测试。虽然粘结剂喷射与面成型（LCD、DLP）3D打印技术是目前3D打印行业的发展热门，但人们对粘结剂喷射技术的认知仍然有很多不足。由于最初的粘结剂喷射仅用来打印石膏，该技术一度被认为精度差、强度低。对于粘结剂喷射金属3D打印技术，甚至一些专业人士也误认为该技术做不了高强度致密金属零件。事实上，很多材料用该技术已经取得了较高的致密度，性能指标满足了绝大多数应用场景；对于特殊高性能要求的场景，还可以通过热处理或热等静压提高，而且采用真空烧结生产的零件，由于内部孔隙是真空状态，热等静压基本可以实现完全致密。 基于制造量和零件复杂性的3D打印技术图，Binder Jetting的主要影响将出现在更高产量的应用中（来源：Ampower） 粘结剂喷射、金属 FDM、MIM 和 LB-PBF 的显微孔隙率分析（来源：Ampower） 易制团队在基于对粘结剂喷射技术的深度分析，在前期十多年3D打印开发经验的基础上，以华中科技大学为技术支撑，从2013年开始专注于该技术方向的开发和应用，以实现批量化应用为目标，从2016年开始研制粘结剂喷射金属打印技术，并于2017年成功打印致密合金钢零件。实现了从切片软件、打印数据处理、喷墨打印控制到粘结剂、烧结等材料和工艺的全自主开发。从目前国内粘结剂喷射金属3D打印技术的发展状况来看，武汉易制是目前掌握了从软件到材料和烧结工艺全套技术的主要团队，并已在多个应用场景开始尝试应用，预计一年以内会实现部分领域批量化应用。 粘结剂喷射金属3D打印技术的应用与发展难点 粘结剂喷射金属3D打印技术非常复杂，其复杂在于不仅所涉基础科学面太多，而且影响最终零件性能和精度的因素太多。除了研制3D打印技术常规所需掌握的软件、控制等技术外，掌握粘结剂、金属材料、烧结工艺及其相互影响规律等都非常重要。由于烧结工艺的影响因素非常之多，所以持续稳定地生产出合格的零件需要大量的实验才能总结出一套确定的工艺方法，即使相同的材料和打印参数，用同一台烧结炉采用不同的温度曲线，得到的零件性能也会不同，更不用说实际生产过程中任何一个环节变化都可能造成金属粉末成分和粒径分布差异、粘结剂成分和比例差异、温度场差异、传热差异等，这些差异加上烧结时重力和摩擦影响，很容易造成最终零件的性能和尺寸相差很大。 易制科技粘结剂喷射3D打印的样件 通过近几年的发展，业内对粘结剂喷射金属3D打印的认识有所提高，目前，人们已经相信该技术可以制造出致密高性能零件，大家对该技术的主要担心集中在变形和精度上。由于烧结会收缩才会致密，而只要收缩一致就可以通过软件进行补偿，而做到收缩一致，就要做到材料一致、烧结温度场均匀一致以及外力影响一致。外力影响基本就是重力及其产生的摩擦力，重力和摩擦力的影响也是最难完全解决的。为了解决收缩一致问题，不同团队根据自己的理解采用了各自不同的方法，通过这些方法，绝大多数零件在精度控制方面都可以得到解决。 目前来看， 粘结剂喷射金属3D打印是唯一可以实现工业批量化应用的金属3D打印技术，其速度快、成本低和数字化柔性制造的特点一定会使其在制造业中占有很大比重。当然，其也有不擅长的地方，这些不擅长的基本都来自烧结工艺无法或者很难克服的问题——重力和摩擦影响：如不擅长加工无支撑结构的大面积薄壁件，不善于制造细枝树状零件等。 易制科技粘结剂喷射3D打印的样件 易制科技粘结剂喷射3D打印的样件 从以上分析可以看出，粘结剂喷射金属3D打印要实现真实应用，需要根据实际应用提出目标要求，选择金属材料和粘结剂，采用相对应的参数打印出初胚零件，再选择合适的烧结工艺烧结得到零件，甚至可能还需要热处理工艺，最后交给应用端进行测试。在整个生产过程中，任何一个影响因素的变化都可能对零件最终性能和精度造成很大的影响，这就需要事先进行大量的打印、烧结实验，确定一整套方案，最终才能实现应用。加上材料种类的繁多以及应用需求的多变，这就决定了粘结剂喷射金属3D打印开始实现批量化应用需要较长的时间。 易制科技就粘结剂喷射金属3D打印技术已取得的重要突破 纵观全球所有从事粘结剂喷射金属3D的公司，几乎没有公司在五年以内就实现批量应用，目前大家状态相近，多处于在某个应用场景的测试阶段，预计一年以内随时可能取得突破。与选择性激光熔融金属3D打印的应用特点不同在于，任意一个应用场景的突破，即使仅限于国内都可能是几十亿上百亿的应用规模。由于粘结剂喷射金属3D打印技术的出现就是定位于批量应用，所以一定需要往高速打印方向发展，并不断提高打印精度，丰富材料种类，同时注意环保要求。 易制科技粘结剂喷射3D打印的样件 易制科技粘结剂喷射3D打印的样件 易制科技正是基于以上思路开展粘结剂喷射技术的研发和应用推广的。从2013年至2015年的前三年实现从无到有，首先基于已有的成熟应用材料（石膏和砂型）开展打印机研制。2016年时，当时首先是考虑开发全新的高精度塑料3D打印机，再逐步开展金属打印研制，但是基于合作伙伴的建议，把重心放在了金属打印方面。通过两年左右的探索，在2018年初才制造出第一个金属零件。 在经过近六年的粘结剂喷射技术开发之后，易制科技对粘结剂喷射技术的认识也上升了一个台阶，并根据理解对喷墨打印系统和软件进行了根本性升级，解决了大数据量的处理和传输问题。2018年之后，几乎每天都要进行打印和烧结实验，经过千万次的实验，在铁基粉末打印烧结方面储备了足够的经验和理解，打印316L和304L零件的致密度可达99%，拉伸强度600Mpa，延伸率>60%。2021年开始，把研发重心放在了高速、高精度打印和环保粘结剂材料的开发，目前已经掌握了一整套完整的打印、材料及烧结技术，总结几个具有鲜明特点的关键技术如下： 1、大数据量高速数据处理软件。喷墨打印采用点阵数据，3D打印切片数据转换成高分辨率的点数据时，一层的数据量甚至可以达到1G以上，占用了很大的计算机内存，特别是大幅面高速onepass打印，甚至直接造成计算机崩溃。所以需要根据切片数据在线RIP实时输出打印数据，保证打印的墨滴精细度，同时占用很小的内存，还能做到墨量精细调节。 2、自适应喷孔容堵喷墨打印方法。可根据喷头堵塞情况，在不同层面之间自动进行微小错位打印，容忍部分喷孔堵塞产生打印缺陷。 3、高兼容性铺粉压实技术。铺粉系统兼容不同粒径不同形貌的金属粉末，铺粉过程中落粉的同时辅以辊筒抹平压实，实现落粉均匀并致密铺展在整个工作面，减少铺粉对已成形零件的冲击。这对于大台面工作缸极其重要，在保证铺粉均匀性的基础上能提高铺粉致密度5~10%。 4、高速打印系统。在喷头喷孔宽度只等于工作缸打印宽度的情况下，可实现不停顿铺粉的同时完成打印，极度减少打印时间，整体加工时间等于铺粉时间。 5、高精度打印方法。切片轮廓打印精度可达1200DPI，通过喷头波形及墨滴修改技术调整墨滴大小和喷射速度，实现稳定喷墨同时减少墨滴对金属粉末的冲击，达到最佳喷射效果。 6、低残碳环保墨水。新的水性环保墨水具有极低的残碳量，适合于对碳元素敏感的金属材料的批量化生产。 END 正是基于“工业革命”驱动力的思考，易制团队的目标是开发能对制造业具有足够影响力的技术，粘结剂喷射3D打印技术是目前能看到的最具工业应用价值的普适性技术方案。一旦该技术的原材料成本接近于精密铸造原材料成本的2~3倍时（这个目标将会很快实现），很多几十公斤以内精密铸造的零件将会转向采用粘结剂喷射3D打印技术。 因此，我们想象的一种场景：对于金属零件，当人们在选择制造方式时，如果零件相对简单时，采用CNC技术；如果零件相对复杂，采用粘结剂喷射3D打印；如果零件很大很重，选择铸造方法；如果精度要求比较高，粘结剂喷射3D打印和铸造再结合CNC。对于其他的3D打印技术，我们更应该把他们看着是“特种加工技术”，是具有某种特种功能特点的技术。 注：本文内容来自3D打印技术参考。欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博千人交流群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.喷墨技术专家——理光，推出粘结剂喷射金属3D打印机 2.金属粘结剂喷射3D打印：在尝试使用该技术时须考虑整个工艺链 3.GE增材：四年来，通用旗下多部门支持转向粘结剂喷射金属3D打印技术 4.基于粘结剂喷射和SLM的金属3D打印性能对比分析