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　　粘結(jié)劑噴射金屬3D打印技術(shù)非常復(fù)雜，其復(fù)雜在于不僅所涉基礎(chǔ)科學(xué)面太多，而且影響最終零件性能和精度的因素太多。除了研制3D打印技術(shù)常規(guī)所需掌握的軟件、控制等技術(shù)外，掌握粘結(jié)劑、金屬材料、燒結(jié)工藝及其相互影響規(guī)律等都非常重要。由于燒結(jié)工藝的影響因素非常之多，所以持續(xù)穩(wěn)定地生產(chǎn)出合格的零件需要大量的實驗才能總結(jié)出一套確定的工藝方法，即使相同的材料和打印參數(shù)，用同一臺燒結(jié)爐采用不同的溫度曲線，得到的零件性能也會不同，更不用說實際生產(chǎn)過程中任何一個環(huán)節(jié)變化都可能造成金屬粉末成分和粒徑分布差異、粘結(jié)劑成分和比例差異、溫度場差異、傳熱差異等，這些差異加上燒結(jié)時重力和摩擦影響，很容易造成最終零件的性能和尺寸相差很大。

　　通過近幾年的發(fā)展，業(yè)內(nèi)對粘結(jié)劑噴射金屬3D打印的認識有所提高，目前，人們已經(jīng)相信該技術(shù)可以制造出致密高性能零件，大家對該技術(shù)的主要擔心集中在變形和精度上。由于燒結(jié)會收縮才會致密，而只要收縮一致就可以通過軟件進行補償，而做到收縮一致，就要做到材料一致、燒結(jié)溫度場均勻一致以及外力影響一致。外力影響基本就是重力及其產(chǎn)生的摩擦力，重力和摩擦力的影響也是最難解決的。為了解決收縮一致問題，不同團隊根據(jù)自己的理解采用了各自不同的方法，通過這些方法，絕大多數(shù)零件在精度控制方面都可以得到解決。

　　目前來看，粘結(jié)劑噴射金屬3D打印是可以實現(xiàn)工業(yè)批量化應(yīng)用的金屬3D打印技術(shù)，其速度快、成本低和數(shù)字化柔性制造的特點一定會使其在制造業(yè)中占有很大比重。當然，其也有不擅長的地方，這些不擅長的基本都來自燒結(jié)工藝無法或者很難克服的問題——重力和摩擦影響：如不擅長加工無支撐結(jié)構(gòu)的大面積薄壁件，不善于制造細枝樹狀零件等。

　　從以上分析可以看出，粘結(jié)劑噴射金屬3D打印要實現(xiàn)真實應(yīng)用，需要根據(jù)實際應(yīng)用提出目標要求，選擇金屬材料和粘結(jié)劑，采用相對應(yīng)的參數(shù)打印出初胚零件，再選擇合適的燒結(jié)工藝燒結(jié)得到零件，甚至可能還需要熱處理工藝，最后交給應(yīng)用端進行測試。在整個生產(chǎn)過程中，任何一個影響因素的變化都可能對零件最終性能和精度造成很大的影響，這就需要事行大量的打印、燒結(jié)實驗，確定一整套方案，最終才能實現(xiàn)應(yīng)用。加上材料種類的繁多以及應(yīng)用需求的多變，這就決定了粘結(jié)劑噴射金屬3D打印開始實現(xiàn)批量化應(yīng)用需要較長的時間。

易制科技就粘結(jié)劑噴射金屬3D打印技術(shù)已取得的重要突破

　　縱觀所有從事粘結(jié)劑噴射金屬3D的公司，幾乎沒有公司在五年以內(nèi)就實現(xiàn)批量應(yīng)用，目前大家狀態(tài)相近，多處于在某個應(yīng)用場景的測試階段，預(yù)計一年以內(nèi)隨時可能取得突破。與選擇性激光熔融金屬3D打印的應(yīng)用特點不同在于，任意一個應(yīng)用場景的突破，即使于國內(nèi)都可能是幾十億上百億的應(yīng)用規(guī)模。

　　由于粘結(jié)劑噴射金屬3D打印技術(shù)的出現(xiàn)就是定位于批量應(yīng)用，所以一定需要往高速打印方向發(fā)展，并不斷提高打印精度，豐富材料種類，同時注意環(huán)保要求。

　　易制科技正是基于以上思路開展粘結(jié)劑噴射技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用推廣的。從2013年至2015年的前三年實現(xiàn)從無到有，首先基于已有的成熟應(yīng)用材料(石膏和砂型)開展打印機研制。2016年時，當時首先是考慮開發(fā)全新的高精度塑料3D打印機，再逐步開展金屬打印研制，但是基于合作伙伴的建議，把重心放在了金屬打印方面。通過兩年左右的探索，在2018年初才制造出個金屬零件。

　　在經(jīng)過近六年的粘結(jié)劑噴射技術(shù)開發(fā)之后，易制科技對粘結(jié)劑噴射技術(shù)的認識也上升了一個臺階，并根據(jù)理解對噴墨打印系統(tǒng)和軟件進行了根本性升級，解決了大數(shù)據(jù)量的處理和傳輸問題。2018年之后，幾乎每天都要進行打印和燒結(jié)實驗，經(jīng)過千萬次的實驗，在鐵基粉末打印燒結(jié)方面儲備了足夠的經(jīng)驗和理解，打印316L和304L零件的致密度可達99%，拉伸強度600Mpa，延伸率>60%。2021年開始，把研發(fā)重心放在了高速、高精度打印和環(huán)保粘結(jié)劑材料的開發(fā)，目前已經(jīng)掌握了一整套完整的打印、材料及燒結(jié)技術(shù)，總結(jié)幾個具有鮮明特點的關(guān)鍵技術(shù)如下：

　　1、大數(shù)據(jù)量高速數(shù)據(jù)處理軟件。

　　噴墨打印采用點陣數(shù)據(jù)，3D打印切片數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成高分辨率的點數(shù)據(jù)時，一層的數(shù)據(jù)量甚至可以達到1G以上，占用了很大的計算機內(nèi)存，特別是大幅面高速onepass打印，甚至直接造成計算機崩潰。所以需要根據(jù)切片數(shù)據(jù)在線RIP實時輸出打印數(shù)據(jù)，保證打印的墨滴精細度，同時占用很小的內(nèi)存，還能做到墨量精細調(diào)節(jié)。

　　2、自適應(yīng)噴孔容堵噴墨打印方法。

　　可根據(jù)噴頭堵塞情況，在不同層面之間自動進行微小錯位打印，容忍部分噴孔堵塞產(chǎn)生打印缺陷。

　　3、高兼容性鋪粉壓實技術(shù)。

　　鋪粉系統(tǒng)兼容不同粒徑不同形貌的金屬粉末，鋪粉過程中落粉的同時輔以輥筒抹平壓實，實現(xiàn)落粉均勻并致密鋪展在整個工作面，減少鋪粉對已成形零件的沖擊。這對于大臺面工作缸極其重要，在保證鋪粉均勻性的基礎(chǔ)上能提高鋪粉致密度5~10%。

　　4、高速打印系統(tǒng)。

　　在噴頭噴孔寬度只等于工作缸打印寬度的情況下，可實現(xiàn)不停頓鋪粉的同時完成打印，極度減少打印時間，整體加工時間等于鋪粉時間。

　　5、高精度打印方法。

　　切片輪廓打印精度可達1200DPI，通過噴頭波形及墨滴修改技術(shù)調(diào)整墨滴大小和噴射速度，實現(xiàn)穩(wěn)定噴墨同時減少墨滴對金屬粉末的沖擊，達到噴射效果。

　　6、低殘?zhí)辑h(huán)保墨水。

　　新的水性環(huán)保墨水具有極低的殘?zhí)剂?，適合于對碳元素敏感的金屬材料的批量化生產(chǎn)。

粘合劑噴射金屬3D打印零件

（武漢易制科技3D打印零件圖）

END

　　正是基于“工業(yè)革命”驅(qū)動力的思考，易制團隊的目標是開發(fā)能對制造業(yè)具有足夠影響力的技術(shù)，粘結(jié)劑噴射3D打印技術(shù)是目前能看到的工業(yè)應(yīng)用價值的普適性技術(shù)方案。一旦該技術(shù)的原材料成本接近于精密鑄造原材料成本的2~3倍時(這個目標將會很快實現(xiàn))，很多幾十公斤以內(nèi)精密鑄造的零件將會轉(zhuǎn)向采用粘結(jié)劑噴射3D打印技術(shù)。

　　因此，我們想象的一種場景：對于金屬零件，當人們在選擇制造方式時，如果零件相對簡單時，采用CNC技術(shù); 如果零件相對復(fù)雜，采用粘結(jié)劑噴射3D打印;如果零件很大很重，選擇鑄造方法;如果精度要求比較高，粘結(jié)劑噴射3D打印和鑄造再結(jié)合CNC。對于其他的3D打印技術(shù)，我們更應(yīng)該把他們看著是“特種加工技術(shù)”，是具有某種特種功能特點的技術(shù)。

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詳述粘結(jié)劑噴射金屬3D打印技術(shù)的研究與應(yīng)用難點

當前國內(nèi)粘結(jié)劑噴射金屬3D打印技術(shù)研究與發(fā)展概況

粘結(jié)劑噴射金屬3D打印技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展難點

易制科技就粘結(jié)劑噴射金屬3D打印技術(shù)已取得的重要突破