详解：粘合剂喷射成形3D打印

伴随着GE对Arcam和SLM Solutions的收购风波，3D打印家族中的粉床熔化成形工艺奠定了在媒体界宠儿的地位。粉床熔化成形工艺在成形制造全密度结构的材料，特别是金属材 料，具有其独特的优势。不过，在3D打印这个领域，可谓是一个藤上七朵花。今天要讲到的是粘合剂喷射成形技术，这种工艺可以成形金属、陶瓷、砂模等多种不 同材料、不同功能的器件。靖哥有幸请到博士生白云，为大家专业解读粘合剂喷射成形技术的方方面面。

作者简介：

白云，本科毕业于Missouri S&T的机械系，目前在VirginiaTech DREAMS Lab攻读机械工程的博士学位。作者主要的研究方向是Binder Jetting技术以及热传导性材料(如纯铜)的增材制造。作者的博士研究也包含纳米材料在BinderJetting中的应用。

概念

Binder Jetting的发明要追溯到80年代末和90年代初，主要归功于MIT的两个教授(EmanuelSachs & Michael Cima)。起初这项技术的专利名称叫做Three-dimensional Printing，作者推测可能是由于粘合剂喷射的过程与普通家用喷墨打印机的过程极为相似，只是打印材料由纸变为了粉末，才有了这样一个名字。由于3D 打印这个名字后来被广泛的用到了其他增材制造技术的身上，更多人选择使用ASTM标准所定制的名字-BinderJetting，但这也导致一些人对这个 名字感到陌生。

应用

· 原型全彩打印

· 全密度金属直接成形

· 砂模铸造成形

技术特点：优势&限制

技术优势：

1)可选择的材料种类很多，并且开发新材料的过程相对简单。由于Binder Jetting的成型过程主要依靠粘合剂和粉末之间的粘合，因此众多材料都可以被粘合剂粘成型。同时，在传统粉末冶金中可以烧结的金属和陶瓷材料又有很 多，因此很多材料都具备可以使用BinderJetting制造的潜力。同时Binder Jetting的打印机可以具有很大的材料选择灵活性，不需要为材料而改变设备或者主要参数。目前可以使用Binder Jetting直接制造的金属材料包括多种不锈钢，铜合金，镍合金，钛合金等。

3)成型过程中不会产生任何残余应力，因为不会融化粉末而是因此可完全通过粉床来支撑悬空结构而无需任何额外的支撑结构，也不需要 在打印过程中将整个零件固定(anchor)在粉末底部的基座上(与SLS类似)，所以在结构设计上具备更大的自由度，打印完成后也无需去除支撑这一步。

Voxeljet VXC 800连续成形过程(Exone)

5)打印件精度较高。例如Hoganas的产品具有很高的精度和光滑度(经过处理后)，可以做非常精致的首饰品。

Hoganas艺术设计(Hoganas)

6)设备成本相对低廉 。比起动辄百万美元级的金属3D打印机，ExOne的打印机售价则低很多。

技术限制：

任何技术都存在着不足之处，Binder Jetting当然也不例外：

1)这当中最主要的当属直接制造金属或陶瓷材料时的低密度问题。与金属喷射铸模(metalinjection molding)或挤压成型(die pressing)等粉末冶金工艺相比，BinderJetting成型的初始密度(green density)较低，因此最终产品经过烧结后密度也很难达到100%。尽管这种特性对于一些需要疏松结构的应用有益处(如人造骨骼，self- lubracatingbearings等)，但对于多数要求高强度的应用却是不令人满意的。但是在借助一些post-processing的手段情况 下，很多金属材料还是可以达到100%的密度的。

总之，Binder Jetting作为一项虽然目前不是很主流的金属增材制造技术，但却因为以上提到的特点而在一些领域极具竞争力，当然这项技术的一些自身不足也限制了其更 广泛的应用。作者通过对BinderJetting的长时间的研究，对这项技术的前景非常看好，并且期待有新的技术进步会将Binder Jetting的特点更加发扬光大。作者在撰写此文的过程中也深感到，世界上没有所谓的最好的增材制造技术，关键是如何将各项技术各取所长并应用在最合适 的领域上。

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