粘合劑噴射金屬3D打印技術工廠規(guī)模應用，汽車制造業(yè)迎來變革

導讀：粘合劑噴射3D打印技術，未來有可能實現(xiàn)4米甚至8米的大幅面制造工藝，而且是"one pass" 超高速模式，可以大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn),支持砂型石膏、水泥、陶瓷或者金屬等材料。

南極熊了解到，2021年到2022年，粘合劑噴射金屬3D打印技術將更加成熟和完善，憑借極高的打印速度、極低的材料成本，有望真正進入大規(guī)模生產(chǎn)階段，可能比歷史相對較長的SLM 金屬3D打印技術有著更大規(guī)模的工業(yè)應用。目前已經(jīng)出現(xiàn)Exone、Digital Metal、XJet等純3D打印企業(yè)涉足此類技術。其中特別引人關注的是通用GE和惠普HP兩大工業(yè)巨頭，基于粘合劑噴射的金屬3D打印技術產(chǎn)品將推向市場，在汽車等產(chǎn)業(yè)領域已經(jīng)有著很具成本質量誘惑力的應用嘗試。

惠普粘合劑噴射金屬3D打印

據(jù)南極熊了解，HP的粘合劑噴射金屬3D打印機設備打印尺寸為430 x 320 x 200毫米（16.9 x 12.6 x 7.9英寸），使用粘合劑噴射工藝，可生產(chǎn)大量零件和大型零件

·生產(chǎn)力提高50倍

·打印精度可以達到1200 x 1200 dpi

·材料的高可重復使用性可以降低材料成本和浪費，但不會影響零件質量。

·燒結后的密度> 93％，類似于MIM

大眾汽車集團選擇HP Metal Jet作為其增材制造工業(yè)化戰(zhàn)略的基礎。大眾和惠普正攜手沿著在設計與生產(chǎn)進行強強合作，還與第三方應用廠商GKN Powder Metallurgy展開密切合作，2019年在短短數(shù)周內(nèi)生產(chǎn)出了10,000多個高品質零部件，很好支持全新ID.3電動汽車的發(fā)布會。

GE Additive 的Binder Jet粘合劑噴射金屬3D打印

GE Additive正在大力氣開發(fā)金屬3D打印汽車應用的方案——新的粘合劑噴射解決方案Binder Jet，將滿足整個汽車行業(yè)的制造需求：“他們需要速度，需要大批量生產(chǎn)，這就是我們認為新型粘合劑噴射解決方案將在汽車領域發(fā)揮重要作用的地方。我們已經(jīng)在這方面有了一些良好的合作伙伴，正在合作開發(fā)這項技術。”

鐵路和運輸行業(yè)制造商Wabtec，已經(jīng)購買了粘合劑噴射金屬3D打印機H2。《財富》 500強制造商康明斯Cummins也購買了H2，用于批量生產(chǎn)零件。

GE的Binder Jet系統(tǒng)采用與其他粘合劑和燒結工藝相同的三大步驟。先由金屬粉末和粘合劑結合打印成初步的零件，然后脫脂并燒結，接著得到固體金屬零件。借助GE旗下AP＆C金屬3D打印材料業(yè)務的專業(yè)知識和GeonX的軟件功能，完善從文件到成品的端到端工藝流程至關重要。例如零件脫脂燒結后的收縮變形補償問題，粉末、粘結劑對零件材料性能和強度的影響問題，解決難道非常大，需要大量的技術投入。

航空航天和醫(yī)療行業(yè)是當今金屬增材制造的主要用戶，因為在其他行業(yè)中規(guī)模化生產(chǎn)經(jīng)濟可行零件的機會比較少。Binder Jet技術的投入成本與生產(chǎn)率之比，以及顯著降低的原材料成本，正在逐漸改變這個現(xiàn)狀，使其能夠在*大的制造領域（汽車）迎頭趕上傳統(tǒng)的制造技術。  這將大大改變汽車制造業(yè)。在汽車行業(yè)批量生產(chǎn)中，啟用增材制造設計可以釋放出在發(fā)動機效率、電氣化和減少氮氧化合物方面創(chuàng)造新穎解決方案的能力。在解決傳統(tǒng)重大問題的同時，3D打印技術可以減少庫存并改變老舊的供應鏈。

GE計劃首先應用到試驗生產(chǎn)線，然后發(fā)展為完整的工業(yè)化工廠解決方案，并預計于2021年初投入市場。

中國的粘合劑噴射金屬3D打印技術

但是，粘合劑噴射金屬3D打印技術在中國國內(nèi)相對起步較晚，只有武漢易制、北京隆源等少數(shù)幾家公司在做粘合劑噴射金屬3D打印技術的相關產(chǎn)品。

武漢易制科技微滴噴射金屬3D打印

武漢易制科技有限公司專注于3DP(粘結劑噴射3D打印)技術的研發(fā)應用，掌握了全面的3DP3D打印工藝，目前主要產(chǎn)品有粘結劑噴射金屬3D打印機、鑄造用砂型3D打印機和全彩色3D打印機。從2013年開始，團隊專注于3DP打印工藝的研發(fā)和推廣，致力于發(fā)展3D打印的批量化制造應用。

技術優(yōu)勢

1）*多可組合八個噴頭，物理分辨率600DPI，可定制高達1200DPI分辨率的噴印系統(tǒng)。

2）采用“ONE PASS”打印技術技術，*高打印速度可達10秒/層。

3）結合自主研發(fā)的樹脂材料，不需要專門的脫脂過程，一次燒結可達98%致密度。

4）可支持鐵、不銹鋼、模具鋼、銅、鈦合金等多種金屬材料。

隆源高速金屬噴墨3D打印

北京隆源的AFS-PM380采用金屬3DP工藝路線，即先噴墨粘接成型、再脫脂燒結。這種工藝替代了粉末冶金中的模壓或注射，有助于粉末冶金行業(yè)的新品開發(fā)。針對金屬粉末的3DP技術成形過程如下：采用陣列式噴頭，把三維CAD模型切片得到一系列二維數(shù)據(jù)，根據(jù)每層的二維圖形，在金屬粉末中選擇性噴射粘結劑來固化成形，多層疊加制作完成整個零件。

3DP成型工藝完成后，再通過粉末冶金行業(yè)常規(guī)的脫脂、燒結爐完成后段工藝，以得到和標準化粉末冶金材料性能相當?shù)慕饘倭慵��?

據(jù)南極熊了解，北京隆源成型的這款設備，打印速度為2.0-2.5升/小時，使用自主開發(fā)的開放式控制系統(tǒng)、自主研發(fā)的粘接材料配方（實驗級），目前主要面向高校和研發(fā)機構提供開放式的實驗級設備，共同加快粘接材料體系開發(fā)，并盡快將本項技術推向產(chǎn)業(yè)化。

總結

事實上，類似的噴印噴射技術，在瓷磚噴繪、紡織領域已經(jīng)有大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)應用，幾乎都是one pass高速打印模式，同時也是打印出具有一定厚度的材料，已經(jīng)成熟到不得了，只需要把噴墨系統(tǒng)嫁接到3D打印上，也就是加一個Z軸就可以，難度不算太高，重點是膠水和材料，還有收縮變形控制等問題。有噴射領域資深人士告訴南極熊，粘合劑噴射技術，應用到3D打印領域，以后肯定會出現(xiàn)4米甚至8米的超大型3D打印機，使用幾百個甚至更多的噴頭，支持使用砂型石膏、水泥、陶瓷或者金屬等材料，都可以實現(xiàn)增材制造，完全滿足大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)要求。

作為一個新興的金屬3D打印技術賽道，粘合劑噴射已經(jīng)逐漸顯露出其強大的規(guī)模化生產(chǎn)應用潛力。南極熊希望國內(nèi)的的汽車等制造業(yè)用戶，可以多關注它給整個產(chǎn)品設計、性能優(yōu)化、供應鏈變革等方面的優(yōu)勢，大膽創(chuàng)新，創(chuàng)造出更好的應用、生產(chǎn)出更好的產(chǎn)品。

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