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

導(dǎo)讀：粘合劑噴射3D打印技術(shù)，未來有可能實(shí)現(xiàn)4米甚至8米的大幅面制造工藝，而且是"one pass"（一次通過） 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(shù)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(jìn)入大規(guī)模生產(chǎn)階段，可能比歷史相對(duì)較長的SLM 金屬3D打印技術(shù)有著更大規(guī)模的工業(yè)應(yīng)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(shù)。其中特別引人關(guān)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(shù)產(chǎn)品將推向市場，在汽車等產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域已經(jīng)有著很具成本質(zhì)量誘惑力的應(yīng)用嘗試。

惠普粘合劑噴射金屬3D打印

△HP的粘合劑噴射金屬3D打印機(jī)HP Metal Jet Printing technology

△惠普的金屬3D打印零件

據(jù)南極熊了解，HP的粘合劑噴射金屬3D打印機(jī)設(shè)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(dá)到1200 x 1200 dpi
•材料的高可重復(fù)使用性可以降低材料成本和浪費(fèi)，但不會(huì)影響零件質(zhì)量。
•燒結(jié)后的密度> 93％，類似于MIM


大眾汽車集團(tuán)選擇HP Metal Jet作為其增材制造工業(yè)化戰(zhàn)略的基礎(chǔ)。大眾和惠普正攜手沿著在設(shè)計(jì)與生產(chǎn)進(jìn)行強(qiáng)強(qiáng)合作，還與第三方應(yīng)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(gè)高品質(zhì)零部件，很好支持全新ID.3電動(dòng)汽車的發(fā)布會(huì)。  

GE Additive 的Binder Jet粘合劑噴射金屬3D打印


△GE Additive 的Binder Jet粘合劑噴射金屬3D打印機(jī)H2

GE Additive正在大力氣開發(fā)金屬3D打印汽車應(yīng)用的方案——新的粘合劑噴射解決方案Binder Jet，將滿足整個(gè)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(rèn)為新型粘合劑噴射解決方案將在汽車領(lǐng)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(xiàng)技術(shù)�！�

△Wabtec使用GE Binder Jet粘合劑噴射金屬3D打印機(jī)H2制造的活頁夾零件

鐵路和運(yùn)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(jī)H2。《財(cái)富》 500強(qiáng)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(jié)工藝相同的三大步驟。先由金屬粉末和粘合劑結(jié)合打印成初步的零件，然后脫脂并燒結(jié)，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(wù)的專業(yè)知識(shí)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(guān)重要。例如零件脫脂燒結(jié)后的收縮變形補(bǔ)償問題，粉末、粘結(jié)劑對(duì)零件材料性能和強(qiáng)度的影響問題，解決難道非常大，需要大量的技術(shù)投入。


△GE Additive的Jake Brunsberg和Josh Mook

航空航天和醫(yī)療行業(yè)是當(dāng)今金屬增材制造的主要用戶，因?yàn)樵谄渌�行業(yè)中規(guī)�；�生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)可行零件的機(jī)會(huì)比較少。Binder Jet技術(shù)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(gè)現(xiàn)狀，使其能夠在最大的制造領(lǐng)域（汽車）迎頭趕上傳統(tǒng)的制造技術(shù)。  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(shè)計(jì)可以釋放出在發(fā)動(dòng)機(jī)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(shí)，3D打印技術(shù)可以減少庫存并改變老舊的供應(yīng)鏈。

GE計(jì)劃首先應(yīng)用到試驗(yàn)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(yù)計(jì)于2021年初投入市場。
中國的粘合劑噴射金屬3D打印技術(shù)

但是，粘合劑噴射金屬3D打印技術(shù)在中國國內(nèi)相對(duì)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(shù)的相關(guān)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(jié)劑噴射3D打印)技術(shù)的研發(fā)應(yīng)用，掌握了全面的3DP3D打印工藝，目前主要產(chǎn)品有粘結(jié)劑噴射金屬3D打印機(jī)、鑄造用砂型3D打印機(jī)和全彩色3D打印機(jī)。從2013年開始，團(tuán)隊(duì)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(yīng)用。

△微滴噴射金屬3D打印機(jī)

△打印的樣品

技術(shù)優(yōu)勢
1）最多可組合八個(gè)噴頭，物理分辨率600DPI，可定制高達(dá)1200DPI分辨率的噴印系統(tǒng)。
2）采用“ONE PASS”打印技術(shù)技術(shù)，最高打印速度可達(dá)10秒/層。
3）結(jié)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(jié)可達(dá)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





△高速金屬噴墨3D打印機(jī)AFS-PM380——高速金屬打印利器

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(jié)。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(duì)金屬粉末的3DP技術(shù)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(jié)劑來固化成形，多層疊加制作完成整個(gè)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(jié)爐完成后段工藝，以得到和標(biāo)準(zhǔn)化粉末冶金材料性能相當(dāng)?shù)慕饘倭慵��?br />
據(jù)南極熊了解，北京隆源成型的這款設(shè)備，打印速度為2.0-2.5升/小時(shí)，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(shí)驗(yàn)級(jí)），目前主要面向高校和研發(fā)機(jī)構(gòu)提供開放式的實(shí)驗(yàn)級(jí)設(shè)備，共同加快粘接材料體系開發(fā)，并盡快將本項(xiàng)技術(shù)推向產(chǎn)業(yè)化。
總結(jié)

“事實(shí)上，類似的UV噴印噴射技術(shù)，在瓷磚噴繪、紡織領(lǐng)域已經(jīng)有大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)應(yīng)用，幾乎都是one pass高速打印模式，同時(shí)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打印機(jī)上，也就是加一個(gè)Z軸就可以，難度不算太高，重點(diǎn)是膠水、材料、軟件算法，還有收縮變形控制等問題�！庇袊娚浯蛴☆I(lǐng)域資深人士告訴南極熊。

△大幅面UV打印機(jī)，支持瓷磚、玻璃、金屬板、陶瓷、木板等平面上的3D浮雕打印

△UV 立體打印的3D浮雕

“粘合劑噴射技術(shù)，應(yīng)用到3D打印領(lǐng)域，以后肯定會(huì)出現(xiàn)4米甚至8米的超大型3D打印機(jī)，使用幾百個(gè)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(shí)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(gè)新興的金屬3D打印技術(shù)賽道，粘合劑噴射已經(jīng)逐漸顯露出其強(qiáng)大的規(guī)�；�生產(chǎn)應(yīng)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(guān)注它給整個(gè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)、性能優(yōu)化、供應(yīng)鏈變革等方面的優(yōu)勢，大膽創(chuàng)新，創(chuàng)造出更好的應(yīng)用、生產(chǎn)出更好的產(chǎn)品。

越來越成熟了