小匯總：8個噴射型金屬3D打印技術(shù)廠商對比

2019年11月，全球規(guī)模最大的3D打印專業(yè)展會FORMNEXT 2019在德國法蘭克福隆重舉行，全球超800家3D打印上下游的廠商參展。南極熊看到了多家噴射型金屬3D打印技術(shù)廠商，隨著金屬3D打印技術(shù)的不斷發(fā)展，噴射型的金屬3D打印技術(shù)已經(jīng)成為了主流方向之一，具有噴射材料范圍廣、無約束自由成形和成本低等優(yōu)點，是一種極具發(fā)展?jié)摿Φ脑霾闹圃旒夹g(shù)。

很多噴射金屬3D打印機廠商都標榜擁有低成本、高速生產(chǎn)這兩大優(yōu)勢，例如：瑞典Digital Metal、惠普、ExOne、GE 、武漢易制科技、Desktop Metal、XJet等。
下面南極熊做個小匯總，國內(nèi)外采用噴射型金屬3D打印技術(shù)廠商和其采開發(fā)的技術(shù)。

1.以色列XJet
技術(shù)：納米顆粒噴射成型技術(shù)
代表機型：Carmel 1400

△XJet Carmel 1400 M噴射金屬3D打印機

△FORMNEXT 2019南極熊實拍XJet現(xiàn)場視頻

XJET 3D打印技術(shù)的進化源泉，最開始時候惠普的平面打印技術(shù)，接著進化到Objet噴射3D打印技術(shù)（材料是石膏粉末+粘合劑+著色劑），現(xiàn)在進化到XJET 3D打印技術(shù)（材料是金屬微顆粒+粘合劑），技術(shù)路線一脈相承但又得到巨大進步。

技術(shù)：
1.將大分子金屬顆粒粉碎成納米級顆粒；

2.將納米金屬顆粒注入粘合劑，構(gòu)成完整的打印墨水；

3.通過特制的噴頭將墨水噴出實現(xiàn)打�。�

4.成型之后，構(gòu)建室會將前面起到的粘合劑蒸發(fā)，只留下金屬部分，成型溫度約為300℃：；

特點：
①更高的產(chǎn)品精度
②更靈活的產(chǎn)品尺寸
③材料利用率高，節(jié)約成本
④直接獲得可應(yīng)用的產(chǎn)品，不用打磨
⑤無需惰性氣體或者真空環(huán)境，更加安全
⑥材料選擇方便，顆粒度也可調(diào)節(jié)
⑦支撐更容易去掉
⑧整個打印流程更加簡單
但也有缺點，就是打印件對溫度的耐受能力較傳統(tǒng)金屬3D打印更低。

XJet納米顆粒噴射成型技術(shù)打印金屬樣件

這種新技術(shù)的好處之一就是能使用普通的噴墨打印頭作為工具，好處之二則是無需借助任何外力即可通過專門的技術(shù)融化去除支撐結(jié)構(gòu) — 與普通的選擇性激光燒結(jié)（SLS）金屬3D打印工藝需要以同樣的材料建立支撐相比不但更容易實現(xiàn)，能顯著減少浪費，從而降低成本，而且還能給予設(shè)計師更大的自由 — 因為它是通過融化去除的，所以理論上可以無限添加。

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2.惠普
技術(shù)：HP Metal Jet（金屬噴射）3D打印技術(shù)——voxel-level binder jetting technology（體素級粘合劑噴射技術(shù)）
代表機型：Metal Jet

△HP Metal Jet 金屬3D打印機

技術(shù)：

HP Metal Jet（金屬噴射）3D打印技術(shù)原理是，將粉末層層鋪在平臺上，然后選擇性地噴射粘合劑，使金屬粉末固化。打印結(jié)束后將零件放入爐中燒結(jié)。冷卻后可以對零件進行機加工和拋光，以滿足尺寸和表面光潔度要求。金屬打印機的每個打印頭能夠生成一個108毫米（4.25英寸）的打印帶寬，打印帶包括兩個獨立的結(jié)構(gòu)，每個結(jié)構(gòu)擁有5,280個噴嘴。

HP黏結(jié)劑是一種水基聚合物液體劑，通過熱噴墨打印頭噴射，粘結(jié)劑在粉末床上通過毛細作用力浸入粉末間隙，實現(xiàn)均勻分布，在高溫輻照下將金屬顆粒結(jié)合在一起，同時溶劑部分揮發(fā)。打印完成之后，零件要進爐燒結(jié)，粘結(jié)劑在此過程中分解，據(jù)惠普公開的資料顯示，零件的致密度為93%。

△FORMNEXT 2019南極熊現(xiàn)場實拍美國惠普HP視頻

惠普Metal Jet優(yōu)勢：
高效率

• 成型尺寸430 x 320 x 200 mm。
• 短短幾天內(nèi)就可以完成設(shè)計迭代，加速產(chǎn)品開發(fā)。
• 無需脫脂，無需復(fù)雜的后處理。而在金屬注射成型（MIM）中，需要長達20個小時的脫脂過程。
• HP Metal Jet解決方案，縮短流程，提高制造效率。
  

低成本

• 金屬3D打印機的價格低于399,000美元（約2,740,000人民幣，該價格為2020年HP打印機上市的預(yù)估價格）。
• HP平臺是開放式的，與低成本材料、燒結(jié)后處理方案都有著很好的兼容性。
• 很高的可重復(fù)使用率，減少材料浪費。
  

高品質(zhì)

• 實現(xiàn)復(fù)雜零件的打印，精度高達1200 x 1200 dpi 。（什么是dpi呢？指的是把一英寸分為1200等份，每一份的精度）層厚可達到50至100微米。
• HP自主研發(fā)的專用粘合劑，保證金屬零件的機械強度。
• 燒結(jié)后的密度> 93％，與MIM相似。
• 嚴格的工業(yè)制造技術(shù)，實現(xiàn)穩(wěn)定、一致的打印質(zhì)量。已經(jīng)達到甚至超越了ASTM行業(yè)標準（美國材料與試驗協(xié)會）。
  

△HP Metal Jet 打印樣件

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3.瑞典DigitalMetal
技術(shù)：粘合劑噴射金屬3D打印技術(shù)
代表機型：DMP2500

△DMP2500粘合劑噴射金屬3D打印機

技術(shù)：
粘結(jié)劑噴射用于3D打印復(fù)雜零件與工業(yè)級材料。它是一種增材制造過程,其中液體結(jié)合劑被存放加入金屬粉末微粒。然后將層狀材料粘合成金屬物體。通過粉末和粘結(jié)劑的分層打印。這不是一種新技術(shù)，基于粘合劑的3D打印技術(shù)是在麻省理工學院開發(fā)的，已經(jīng)20年，現(xiàn)在,因為專利已經(jīng)過期，所以得到迅猛的發(fā)展。

△FORMNEXT 2019南極熊現(xiàn)場實拍瑞典Digital Metal視頻

Digital Metal的材料在高溫和高壓下具有很高的強度和耐腐蝕性，特別適用于航空航天和汽車行業(yè)的高端應(yīng)用。然而，由于固有的高凝固速率和熱梯度，常用的超合金無法進行3D打印。

Digital Meta的粘合劑噴射工藝解決了這些問題，能夠在普通環(huán)境溫度下進行3D打印，而無需加熱。此外，在單獨的燒結(jié)步驟期間，超合金在不熔化的情況下致密化，并且在從燒結(jié)溫度冷卻期間需要的溫差不大。

DMP2500：
這款機器使用金屬粉末，能進行連續(xù)生產(chǎn)，是制造定制零件的理想選擇，打印速度高達100立方厘米/小時，打印層厚為42微米。它有一個較大的構(gòu)建體積，為2500立方厘米，單次可以打印多達50000個的零件。更好的是，這些打印件不需要支撐結(jié)構(gòu)。這款機器也非常高效，因為它可以重新使用在燒結(jié)前清理下來的粉末。這導(dǎo)致了高產(chǎn)量和低廢品率，意味著停機時間將保持在*水平。此外，由于部件內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生了相對較�。ǖ�在以前是無法實現(xiàn)的）的變化，總體的產(chǎn)品效率提高了30％。

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4.GE
技術(shù)：GE噴射粘合劑金屬3D打印技術(shù)
代表機型：H2金屬3D打印機

△H1 3D打印機原型

技術(shù)：
粘合劑噴射技術(shù)使用粘合劑材料將金屬粉末顆粒粘合成特定的形狀和結(jié)構(gòu)。該工藝與激光燒結(jié)工藝明顯不同，激光燒結(jié)工藝使用激光束熔化金屬粉末和熔合層，直到形成一個形狀。粘合劑噴射技術(shù)就其本身而言將特定的（和專有的）粘合劑材料沉積到平整的金屬粉末的打印床上，這使得金屬顆粒在施加膠水的任何地方粘在一起。一層一層重復(fù)，直到所需的結(jié)構(gòu)（由三維模型確定）完成。

GE聲稱，其粘合劑噴射3D打印機比激光系統(tǒng)打印“速度至少快10倍”。而且，它也能夠生產(chǎn)更大的零件。該技術(shù)唯一的缺點（與激光3D打印相比）是，打印的部件需要更多的后處理。也就是說，由于金屬顆粒被簡單地粘合在一起，所以打印物體仍然相對較為脆弱，必須在工業(yè)級烘箱中固化以使金屬顆粒適當?shù)厝诤显谝黄稹?/font>

△打印樣件

粘結(jié)劑噴射技術(shù)于金屬打印的意義
1）成型材料多樣化：SLM與EBM，尤其是激光與粉末相互作用過程，涉及到粉末吸收率的問題，很多高反射金屬粉末難以熔化成型；也有很多特殊成分的粉末無法實現(xiàn)光潔成型，導(dǎo)致打印失�。ㄈ缫环N合金，主要成分的熔點低于另一種成分的沸點）。粘結(jié)劑噴射技術(shù)的成型特點，較好的避免了這種現(xiàn)象的發(fā)生。
2）后處理更加方便：在支撐添加方面，粘結(jié)劑噴射技術(shù)也有較大的優(yōu)勢，由于采用粉末自支撐，后處理大大簡化。而且不必為了減少支撐而遷就擺放方式，盡可能按照減少時間的方向打印提高效率。
3) 打印結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜：有些空腔、封閉網(wǎng)格結(jié)構(gòu)采用SLM需要添加復(fù)雜的支撐，而粘結(jié)劑噴射技術(shù)可較好的規(guī)避該問題。
4）清粉方式更加友好：粘結(jié)劑噴射技術(shù)粉末的清理不必像SLM那樣完全清理和篩分，僅需要回收裝置定點吸粉即可。
5）成型幅面更大：由于不存在大幅面失真問題，粘結(jié)劑噴射技術(shù)可實現(xiàn)大幅面成型，exone的一款金屬噴墨打印機達到了800x500x400mm的成型尺寸。
6）維護更加方便：SLM采用激光成型，須定期對激光光路進行維護，需要售后人員上門服務(wù)；同樣，EBM也存在保養(yǎng)維護的問題。而粘結(jié)劑噴射技術(shù)要簡單的多，只需要對噴頭進行清洗，簡單方便。

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5.美國Desktop Metal
技術(shù)：Desktop Metal結(jié)合金屬沉積（BMD）技術(shù)
代表機型：DM studio System、shop system

△FORMNEXT 2019南極熊現(xiàn)場實拍美國Desktop Metal視頻

△shop system3D打印系統(tǒng)

技術(shù)：

結(jié)合金屬沉積（BMD）與目前金屬3D打印最常用的激光熔融（SLM）不同（不會用到激光器，使用的材料也并非金屬粉末），與熔融沉積（FDM）類似，都是通過擠出液滴再層層堆積的方式構(gòu)建3D實體的，只不過材料不是塑料，而是金屬。以金屬絲材為原材料，通過電感等方式熔化絲材，并在靜電力/磁場等作用下控制噴嘴出液滴的表面張力，在壓力等作用下將金屬液滴沉積在成形平臺上；成形過程中會控制平臺、噴射系統(tǒng)的溫度，并對形成的缺陷進行監(jiān)控并予以修復(fù)。

△鋪粉器將金屬粉末精確的鋪在打印區(qū)上，碾壓系統(tǒng)將粉末壓成頭發(fā)一樣纖細的薄層

△16000個噴頭以每秒百萬滴的速度噴射出粘合劑，將金屬粉末粘合在一起，形成高分辨率的薄層

△然后噴灑防燒結(jié)劑，幫助去除零件支撐結(jié)構(gòu)，為后處理節(jié)省時間

△烤干薄層，如此反復(fù)操作

△金屬零件就被一層一層的打印出來，打印速度非�？�

△最后放到微波熔爐中進行致密化處理，也就是通過高溫加熱讓金屬粉末燒結(jié)到一起，同時去除掉剛才噴到薄層之間的粘合劑。

技術(shù)優(yōu)勢：

• 金屬3D打印機成本一定程度降低；
• 打印耗材的成本一定程度降低；
• 對于工作環(huán)境的要求會大幅度的降低。
  

studio特點：
1.安全且簡單
因為不使用激光，也避免了粉塵污染，DM studio System對任何環(huán)境來說都是安全的。與其他系統(tǒng)不同的是，DM studio System不需要第三方設(shè)備、外部通風或特殊設(shè)施，只需要電力和互聯(lián)網(wǎng)連接。

2.可分離的支撐
DM studio System專有的可分離式支撐使得可以通過手動移除支持結(jié)構(gòu)。金屬后處理加工的巨大難點被完美解決。。

3.高致密度，高質(zhì)量的零件
SYS的工藝技術(shù)保證了高質(zhì)量的部件，密度在96%-99%之間（取決于使用的合金材料），零件的性能與鍛件類似。

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6.武漢易制
技術(shù)：3DP粉末粘合金屬3D打印技術(shù)

技術(shù)：
武漢易制3DP 粉末粘合金屬3D打印機，采用復(fù)合金屬粉末材料（包括金屬粉末基材、促燒劑、還原劑等），通過高速多射流單道成形技術(shù)噴射多組分成形劑于粉床，不需要添加額外支撐，經(jīng)過脫脂和燒結(jié)等后處理方法完成成品金屬零件的制造。
△視頻：南極熊實拍武漢易制3DP 粉末粘合金屬3D打印機

該技術(shù)不僅可以大規(guī)模生產(chǎn)金屬3D打印零部件，同時可以使零件在不同部位具有不同性能。成形劑中的粘結(jié)劑組分使粉末粘結(jié)成形，調(diào)節(jié)改性劑組分比例可以改變零件的硬度、耐磨性和耐高溫性等。例如，在零件表面增加硬度和耐磨性能。該技術(shù)對金屬粉末材料的要求不像激光熔化技術(shù)那樣高，粉末的形狀不需要是球形，橢圓形、甚至其它不規(guī)則形狀都可以，使得材料成本極大降低。顯然，該技術(shù)能顯著降低打印成本，使其成為廣泛使用的金屬制造技術(shù)，既能提供更快的生產(chǎn)速度、質(zhì)量，同時還能降成本。

特點：
1、無需使用激光燒結(jié)系統(tǒng)，可直接噴印復(fù)合金屬粉末材料，不受粉末材料形狀制約；
2、無需添加支撐，可實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)金屬零件打�。�
3、大幅度降低零件打印成本和加工周期；
4、具有獨特工藝，可以實現(xiàn)在零件表通過調(diào)節(jié)改性劑組分改變零件硬度、耐磨性及耐高溫性能等性能，滿足不同需求；
5、適合于航空航天、醫(yī)療、模具、鑄造、高校、研究院及材料研究等多個領(lǐng)域，與工業(yè)制造相銜接。
6、脫脂燒結(jié)過程中，會有一定的收縮率，可以在軟件中補償。

“微滴噴射金屬3D打印機 ”3DP技術(shù)基本原理：鋪一層粉末材料→打印頭噴出液態(tài)的黏合劑把粉末按照指定位置黏合→再鋪一層粉末材料→再黏合，如此層層堆疊黏合，直到打印出指定的零件毛坯；傳統(tǒng)3D打印技術(shù)是從點→線→面→體，而3DP技術(shù)是直接從線→面→體的成形過程。以前使用石膏粉末材料，現(xiàn)在進化成使用尼龍、金屬等粉末材料，即可制造出具有一定性能的零件。對于金屬打印來說，打印出毛坯之后，還需要加熱烘干脫黏合劑、以及高溫燒結(jié)。

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7.ExOne
技術(shù)：粘合劑噴射金屬3D打印技術(shù)
代表機型：X1 25PRO、X1 160PRO


△南極熊現(xiàn)場實拍ExOne粘合劑噴射金屬3D打印機
在FORMNEXT 2019展會上，ExOne展示出了其粘合劑噴射金屬3D打印機X1 25PRO™，X1 25PRO™是一款結(jié)合了公司的INNOVENT +精細金屬注射成型(MIM)技術(shù)和生產(chǎn)量能力的新型3D打印機。新機器的開發(fā)以MIM，粉末冶金和制造客戶為中心，非常適合批量生產(chǎn)。

△X1 25PRO能夠使用粉末冶金標準粉末生產(chǎn)高質(zhì)量的零件，包括316L，304L和17-4PH不銹鋼; Inconel 718和625; M2和H11工具鋼; 鈷鉻合金; 銅; 碳化鎢鈷; 和其他的金屬合金。

△大容量生產(chǎn)級粘合劑噴射金屬3D打印機X1 25PRO™

優(yōu)勢

• 以生產(chǎn)速度制造堅如磐石的金屬零件
• 業(yè)界領(lǐng)先的可重復(fù)性和生胚零件密度
• 打印金屬，陶瓷，復(fù)合材料和其他粉末材料
• 專利超聲分配技術(shù)，可改善粉末流動
• 獨特的粉末鋪展和壓實系統(tǒng)，可提高最終零件的密度
• 金屬打印材料范圍廣，種類全：316L，17-4PH，304L等
  

利用X1 25PRO能夠使用粉末冶金標準粉末生產(chǎn)高質(zhì)量的零件，包括316L，304L和17-4PH不銹鋼; Inconel 718和625; M2和H11工具鋼; 鈷鉻合金; 銅; 碳化鎢鈷; 和其他的金屬合金。

△粘合劑噴射金屬批量生產(chǎn)金屬3D打印機件

目前，已經(jīng)采用INNOVENT +研究和教育平臺的ExOne客戶現(xiàn)在可以擴展到基于相同粉末和技術(shù)的新型中型生產(chǎn)平臺。ExOne強調(diào)其新系統(tǒng)專注于MIM，粉末冶金和機械工程應(yīng)用。Lucas補充說：“我們的X1 25PRO™采用了最先進的專利MIM粉末加工機技術(shù)，相信這些新生產(chǎn)的機器將成為市場上最靈活，性能最高的粘合劑噴射機�！�

8.Xerox施樂——Vader Systems
技術(shù)：電磁噴射金屬3D打印技術(shù)
代表機型：Polaris

2D打印巨頭施樂公司通過投資一家做液滴金屬3D打印的創(chuàng)業(yè)公司Vader Systems。Xerox施樂推出的金屬3D打印機Polaris不需要保護氣體，液滴尺寸為0.012英寸（300μm）至0.20英寸（500μm），每秒可噴射1000個液滴。打印輸出最高1磅（0.4千克）/小時。金屬線材材料價格，比SLM/EBM一類的粉末床金屬3D打印技術(shù)的粉末材料便宜約90％。

△施樂金屬3D打印技術(shù)官方宣傳視頻

△Polaris

技術(shù)

Vader Systems使用磁流體動力學（Magneto Hydro Dynamics，MHD）和液態(tài)金屬噴墨打�。↙iquid Metal Jet Printing，LMJP）合并成一種獨特的技術(shù)：Magnet-o-Jet。這是一種利用電磁力分散熔融金屬液態(tài)的技術(shù)，非常獨特，具有原創(chuàng)性。它使用金屬線材作為原料而不是粉末，并通過磁性控制液態(tài)金屬滴進行打印。在陶瓷坩堝中加熱熔化金屬絲成為液態(tài)→利用電磁脈沖將液態(tài)金屬分散成為一個個液滴→通過陶瓷噴嘴噴射出來。磁場使金屬滴精確移動到特定位置，然后堆疊成型。生產(chǎn)的零件精度很高，并具有各向同性的材料特性。

  

△金屬液滴堆積過程

  

△打印出特定形狀的金屬零件

  

△復(fù)雜的噴頭部位

現(xiàn)有市場上的金屬焊接一類的線材，成本比較低，并且應(yīng)用廣泛；通過獨特的技術(shù)去打印這些材料，可以成為一種通用的基礎(chǔ)技術(shù)。如果把多個液體滴金屬打印噴頭排列成為陣列，或者一個噴頭都可以噴射不同的材料種類，應(yīng)用前景就會更為廣闊。目前，他們支持的材料有幾種鋼（316、718）以及鋁等金屬。

△視頻：南極熊現(xiàn)場實拍施樂金屬3D打印機

Xerox對施樂金屬技術(shù)的前景感到興奮，他說，“我們在現(xiàn)在這個市場環(huán)境下進入行業(yè)，是非常正確的；我們已經(jīng)布局了大量的專利，可以讓我們在這個技術(shù)領(lǐng)域保持長期的競爭力�！�

  △Xerox施樂液態(tài)金屬3D打印樣件

Vader液滴金屬3D打印技術(shù)之所以被看好，是因為它可以使用低成本的像鋁一樣的普通金屬線材，并且不需要單獨的燒結(jié)后處理步驟。對于所有粘合劑噴射金屬3D打印初創(chuàng)企業(yè)而言，燒結(jié)工藝具有非常大的難度：
①零件收縮率不均勻，無法很好地預(yù)測；
②不同打印件燒結(jié)使用的加熱曲線和工藝，會因為零件的幾何形狀、壁厚、尺寸而有所不同；
③不同材料，燒結(jié)工藝差別也很大。

Vader液滴金屬3D打印技術(shù)，避開了脫脂、燒結(jié)這種復(fù)雜的工藝過程，而且還大大降低了成本，所以Xerox決定了將會持續(xù)加大投入。由于Xerox是全球噴射技術(shù)的領(lǐng)導(dǎo)者之一，擅長把材料噴射打印到精確的位置，所以是這個技術(shù)非常合適的推動者。

金屬噴射 3D 打印技術(shù)具有噴射材料范圍廣、無約束自由成形和無需昂貴專用設(shè)備等優(yōu)點, 是一種極具發(fā)展?jié)摿Φ脑霾闹圃旒夹g(shù)。

新的技術(shù)流派