粘合剂喷射金属3D打印技术工厂规模应用，汽车制造业迎来变革

导读：粘合剂喷射3D打印技术，未来有可能实现4米甚至8米的大幅面制造工艺，而且是"one pass" 超高速模式，可以大规模工业化生产,支持砂型石膏、水泥、陶瓷或者金属等材料。

南极熊了解到，2021年到2022年，粘合剂喷射金属3D打印技术将更加成熟和完善，凭借极高的打印速度、极低的材料成本，有望真正进入大规模生产阶段，可能比历史相对较长的SLM 金属3D打印技术有着更大规模的工业应用。目前已经出现Exone、Digital Metal、XJet等纯3D打印企业涉足此类技术。其中特别引人关注的是通用GE和惠普HP两大工业巨头，基于粘合剂喷射的金属3D打印技术产品将推向市场，在汽车等产业领域已经有着很具成本质量诱惑力的应用尝试。

惠普粘合剂喷射金属3D打印

△HP的粘合剂喷射金属3D打印机HP Metal Jet Printing technology

△惠普的金属3D打印零件

据南极熊了解，HP的粘合剂喷射金属3D打印机设备打印尺寸为430 x 320 x 200毫米（16.9 x 12.6 x 7.9英寸），使用粘合剂喷射工艺，可生产大量零件和大型零件
•生产力提高50倍
•打印精度可以达到1200 x 1200 dpi
•材料的高可重复使用性可以降低材料成本和浪费，但不会影响零件质量。
•烧结后的密度> 93％，类似于MIM

大众汽车集团选择HP Metal Jet作为其增材制造工业化战略的基础。大众和惠普正携手沿着在设计与生产进行强强合作，还与第三方应用厂商GKN Powder Metallurgy展开密切合作，2019年在短短数周内生产出了10,000多个高品质零部件，很好支持全新ID.3电动汽车的发布会。

GE Additive 的Binder Jet粘合剂喷射金属3D打印

△GE Additive 的Binder Jet粘合剂喷射金属3D打印机H2

GE Additive正在大力气开发金属3D打印汽车应用的方案——新的粘合剂喷射解决方案Binder Jet，将满足整个汽车行业的制造需求：“他们需要速度，需要大批量生产，这就是我们认为新型粘合剂喷射解决方案将在汽车领域发挥重要作用的地方。我们已经在这方面有了一些良好的合作伙伴，正在合作开发这项技术。”

△Wabtec使用GE Binder Jet粘合剂喷射金属3D打印机H2制造的活页夹零件

铁路和运输行业制造商Wabtec，已经购买了粘合剂喷射金属3D打印机H2。《财富》 500强制造商康明斯Cummins也购买了H2，用于批量生产零件。

GE的Binder Jet系统采用与其他粘合剂和烧结工艺相同的三大步骤。先由金属粉末和粘合剂结合打印成初步的零件，然后脱脂并烧结，接着得到固体金属零件。借助GE旗下AP＆C金属3D打印材料业务的专业知识和GeonX的软件功能，完善从文件到成品的端到端工艺流程至关重要。例如零件脱脂烧结后的收缩变形补偿问题，粉末、粘结剂对零件材料性能和强度的影响问题，解决难道非常大，需要大量的技术投入。

△GE Additive的Jake Brunsberg和Josh Mook

航空航天和医疗行业是当今金属增材制造的主要用户，因为在其他行业中规模化生产经济可行零件的机会比较少。Binder Jet技术的投入成本与生产率之比，以及显著降低的原材料成本，正在逐渐改变这个现状，使其能够在最大的制造领域（汽车）迎头赶上传统的制造技术。  这将大大改变汽车制造业。在汽车行业批量生产中，启用增材制造设计可以释放出在发动机效率、电气化和减少氮氧化合物方面创造新颖解决方案的能力。在解决传统重大问题的同时，3D打印技术可以减少库存并改变老旧的供应链。

GE计划首先应用到试验生产线，然后发展为完整的工业化工厂解决方案，并预计于2021年初投入市场。
中国的粘合剂喷射金属3D打印技术

但是，粘合剂喷射金属3D打印技术在中国国内相对起步较晚，只有武汉易制、北京隆源等少数几家公司在做粘合剂喷射金属3D打印技术的相关产品。

武汉易制科技微滴喷射金属3D打印

武汉易制科技有限公司专注于3DP(粘结剂喷射3D打印)技术的研发应用，掌握了全面的3DP3D打印工艺，目前主要产品有粘结剂喷射金属3D打印机、铸造用砂型3D打印机和全彩色3D打印机。从2013年开始，团队专注于3DP打印工艺的研发和推广，致力于发展3D打印的批量化制造应用。

△微滴喷射金属3D打印机

△打印的样品

技术优势
1）最多可组合八个喷头，物理分辨率600DPI，可定制高达1200DPI分辨率的喷印系统。
2）采用“ONE PASS”打印技术技术，最高打印速度可达10秒/层。
3）结合自主研发的树脂材料，不需要专门的脱脂过程，一次烧结可达98%致密度。
4）可支持铁、不锈钢、模具钢、铜、钛合金等多种金属材料。

隆源高速金属喷墨3D打印

△高速金属喷墨3D打印机AFS-PM380——高速金属打印利器

北京隆源的AFS-PM380采用金属3DP工艺路线，即先喷墨粘接成型、再脱脂烧结。这种工艺替代了粉末冶金中的模压或注射，有助于粉末冶金行业的新品开发。针对金属粉末的3DP技术成形过程如下：采用阵列式喷头，把三维CAD模型切片得到一系列二维数据，根据每层的二维图形，在金属粉末中选择性喷射粘结剂来固化成形，多层叠加制作完成整个零件。

3DP成型工艺完成后，再通过粉末冶金行业常规的脱脂、烧结炉完成后段工艺，以得到和标准化粉末冶金材料性能相当的金属零件。

据南极熊了解，北京隆源成型的这款设备，打印速度为2.0-2.5升/小时，使用自主开发的开放式控制系统、自主研发的粘接材料配方（实验级），目前主要面向高校和研发机构提供开放式的实验级设备，共同加快粘接材料体系开发，并尽快将本项技术推向产业化。

总结

事实上，类似的喷印喷射技术，在瓷砖喷绘、纺织领域已经有大规模的工业化生产应用，几乎都是one pass高速打印模式，同时也是打印出具有一定厚度的材料，已经成熟到不得了，只需要把喷墨系统嫁接到3D打印上，也就是加一个Z轴就可以，难度不算太高，重点是胶水和材料，还有收缩变形控制等问题。有喷射领域资深人士告诉南极熊，粘合剂喷射技术，应用到3D打印领域，以后肯定会出现4米甚至8米的超大型3D打印机，使用几百个甚至更多的喷头，支持使用砂型石膏、水泥、陶瓷或者金属等材料，都可以实现增材制造，完全满足大规模工业化生产要求。

作为一个新兴的金属3D打印技术赛道，粘合剂喷射已经逐渐显露出其强大的规模化生产应用潜力。南极熊希望国内的的汽车等制造业用户，可以多关注它给整个产品设计、性能优化、供应链变革等方面的优势，大胆创新，创造出更好的应用、生产出更好的产品。

（南极熊3D打印网）

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