粘合剂喷射金属3D打印技术的前世今生

近年来，随着人们对这项技术的兴趣激增，ExOne发现自己多了一批资金雄厚、野心勃勃的竞争对手。



△粘合剂喷射3D打印机

下面这篇文章中，就职于ExOne的Sarah Webster的发展历程尽管一路走来步履维艰，但是ExOne所设计的发展路径，却又能在技术日新月异的背景之下处于强有力的竞争地位。

南极熊希望，中国的粘合剂喷射（金属）3D打印技术产业界，可以充分了解技术的发展历程和关键技术要点，加快发展。

粘合剂喷射3D打印技术越来越强大

预计在2021年，进入到市面上的生产型粘合剂喷射3D打印机的数量将会达到前所未有的水平。这标志 着这项工艺迎来了一个非常重要的转折点，那就是从长期被大众视为小众市场转变为如今的一种不可或缺的力量！

对于关注这项技术的人都知道，一些大品牌，比如惠普，GE以Desktop Metal正在层出不穷地推出新设备，预计将来还会有更多的机器涌入市常

与此同时，作为粘合剂喷射3D打印技术的先锋者、市场领导者，ExOne正在推出两款生产型的系统：X1 160Pro和InnoventPro，这两套设备为金属注射成型以及其他领域的制造商提供了一系列完整的功能选项。



△(左起第二个) ExOne的新款X1 160Pro新一代金属粘合剂喷射机系列的一种， 还包括InnoventPro(左)、X1 25Pro(右)以及用来移动粉盒的X1D1自动引导车（AGV）。南极熊备注：在全球3D打印产品库中，已经收录一批金属粘合剂喷射3D打印机

随着这项技术的飞速发展、日新月异，如今我们即将迎来它诞生的第30个年头。每天似乎有一种力量在背后驱动着，让它变得越来越强大：

业内人士越来越相信粘合剂喷射技术是最有可能将增材制造技术应用到大批量生产中去。

批量增材制造交付数量可观的可持续产品越来越重要。

换句话说，你今天可以以高价小批量增材制造轻便、小巧的金属零件，但是如果你想要更大的变革，则必须能够实现低成本、大批量的生产。毋庸置疑，粘合剂喷射3D打印技术就是最佳的一种方式。

激光粉末床熔合金属3D打印技术的限制性

在过去的十年里，激光束粉末床熔合（PBF-LB）增材制造证明了具有独特优势的金属增材制造可以有效应用在一些领域，例如航空航天、军工等；但对于大多数用户而言，扩大PBF-LB生产规模显然存在严重壁垒。

当考虑用PBF-LB为汽车生产线提供价格合理的金属零件时，速度、成本和复杂性又是非常严峻的挑战。

这种挑战已经将我们对金属增材制造的希望转移到了粘合剂喷射工艺上。这一技术对于生产轻量级电动汽车尤为重要，电动汽车迎来爆发，而且日趋成熟起来。

这个转变对一些机构影响深远。ASTM，ISO，MPIF，DNV GL以及其他标准发布机构正在尽快制定全球粘合剂喷射技术的设计指南和质量评估方法。SAE率先发布了AMS7022。

粘合剂喷射金属3D打印技术的发展历程

如今，围绕粘合剂喷射金属3D打印技术的讨论越来越激烈，却忽视了技术发展至今的背后所耗费的精力和时间。

该技术的开发主要由ExOne主导，在1995年至2013年期间，ExOne在金属粘结剂喷射技术领域几乎没有竞争对手，其开发涉及到与公立和私立大学、政府实验室以及还有很多其他的粉末冶金和烧结领域的全球合作。

这是一项几乎不可实现的技术，许多人一路上都放弃了，说它太复杂了，永远都不可能成功。

除了物理、化学、粉末、冶金、电子、软件和熔炉的复杂技术需求之外，其中一个重要开拓者去世了，几乎导致所有的努力付诸东流。

快速开局，随之而来是战略调整

粘结剂喷射技术的商业化故事始于1996年，当时位于美国宾夕法尼亚州的Extrude Hone公司首次获得了麻省理工学院的专利技术许可。

一家创新的磨料流加工而闻获得了专门用于金属制造的独家使用许可。也获得使用许可权，但是是用作于加工其他材料制品。

△ExOne创始人Larry Rhoades，以及世界上第一台金属粘合剂喷射3D打印机ProMetal RTS-300

Extrude Hone的创始人Larry Rhoades是一位具有创新精神的冒险家，他依靠敏锐的嗅觉捕捉到到该技术将会带来不可估量的机会。

位于匹兹堡郊外，离宾夕法尼亚州的St. Marys不远。St. Marys被称为“世界粉末金属之都”，因为该地区有大量的结构粉末冶金部件工厂和金属粉末生产商。

因此，将金属粉末“3D打印”成未烧结的生胚件（需要在炉子中进一步烧结），对他来说似乎并不是一个遥不可及的概念。当时，MIM行业已经做得非常类似。

1995 年，Rhoades 在预期完成授权的情况下，在 Extrude Hone 内部成立了一个ProMetal 部门，专门负责金属增材制造（AM）。

它以其创造性的臭鼬工厂氛围而闻名“臭鼬工厂项目”是一个术语，用来描述由一个小型的、结构松散的团队开发的项目，主要是为了创新而研究和开发产品。

获得许可证两年后，推出了ProMetal RTS-300，这是世界上第一台金属粘结剂喷射3D打印机。RTS是“快速加工系统”的简称。它被誉为麻省理工学院专利的化身，很快就被摩托罗拉收购了。

然而，在当时，这项技术存在严重的局限性特别是粉末颗粒的尺寸。这台机器可以成功地用D50， 约为60μm的粉末制造零件，该粉末粒径足够大，在粉末床中流动很容易，但是交付的最终零件含有很多孔隙，很难通过烧结得到高致密度的最终零件。

这就要求用另一种金属材料渗透到这个零件中，以达到完全致密。这些所谓的“金属基体”材料， 如将316或420不锈钢中渗入青铜。这也成为ExOne小型研发团队多年来关注的重点。