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

金属粘结剂喷射技术作为一种能够实现批量制造的3D打印工艺，一直被业界关注，但很大程度上仍停留在关注的层面。尤其对于国内来说，开发商数量非常稀少，相关用户更是没办法和基于激光的SLM技术相提并论。需要特别指出的是，粘结剂喷射技术虽广受期待，但仍有很多关键因素需要关注，在批量化制造方面更是存在挑战。本文归属《粘结剂喷射金属3D打印专题二》。

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；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，后者的优点非常之多，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等等。

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在复杂程度方面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

金属粘结剂喷射成型脱脂烧结过程

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。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。

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

采用粘结剂喷射3D打印成型的零件存在收缩现象

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

业内知名的HP和Desktop Metal在多年以前就宣布要推出基于该工艺的3D打印机，但真正实现产品上市却也要到今年下半年才能实现。因此可见将整个工艺链涉及的问题全都研究清楚要花费多长时间，况且这两家企业还是业内的明星企业。

此外，粘结剂喷射3D打印工艺的成熟设备商Exone，在今年3月宣布推出用于该工艺的铝合金材料。实际上，十多年来，研究人员一直回避铝合金烧结成型的商业可行性，同时也意味着，粘结剂喷射工艺在金属3D打印的脱脂烧结方面存在门槛，并非皆是优势，这些研究的不足也是需要特别关注的。