粘結(jié)劑噴射金屬3D打印技術(shù)+金屬注射成型=？

導(dǎo)讀：金屬注射成型(MIM) 是一種用于金屬零件大批量生產(chǎn)的強大制造工藝，但近年來，粘合劑噴射金屬3D打�。˙inder Jetting/3DP）也因其獨特的優(yōu)勢提供了一種引人注目的替代方案。這兩種有著天然兼容性的技術(shù)將來會走向一種怎樣的局面，是共存？又或是完全取代？我們不得而知，不過已經(jīng)有公司走在了這條探索路上，并且有望提供一種全新的制造模式。

史密斯金屬制品公司（Smith Metal）成立于2002年，是一家來自明尼蘇達州的知名金屬注射成型（MIM）供應(yīng)商，由塑料制造商Plastic Products Company出資成立。由于MIM和塑料成型技術(shù)有一定的相通點，這使得母公司的專業(yè)知識和資源為該公司的發(fā)展提供了寶貴的優(yōu)勢。但金屬的MIM和塑料成型也有許多不同的地方，畢竟它們針對的是兩個不同的材料種類，如今也都發(fā)展出了各自獨有的制造設(shè)備。

△上圖中的部件現(xiàn)在已經(jīng)通過金屬注射成型技術(shù)實現(xiàn)了規(guī)�；�生產(chǎn)，但首先通過粘合劑噴射制造給了客戶將設(shè)計投入全生產(chǎn)的信心

△史密斯金屬制品公司擁有13臺金屬注射成型設(shè)備

MIM是對粘結(jié)劑噴射的補充工藝，這兩種工藝都使用金屬粉末為原料和燒結(jié)工藝，所以史密斯金屬制品公司采用粘結(jié)劑噴射增材技術(shù)也就不是什么稀奇的事了�，F(xiàn)在，Smith除了常規(guī)的MIM技術(shù)外，也引進了粘結(jié)劑噴射技術(shù)以提升金屬增材制造（AM）能力。
△全球間接金屬3D打印廠商匯總

據(jù)悉，該公司已經(jīng)開始使用ExOne公司的Innovent粘結(jié)劑噴射機，來推動公司MIM業(yè)務(wù)的發(fā)展。早期的成功，加上新引進的增材制造技術(shù)巨大的潛力，暗示著Smith公司有可能在將來邁向更大的臺階。

MIM和AM如何相輔相成

不過，史密斯金屬公司對其所做的部分技術(shù)轉(zhuǎn)型依舊持保守態(tài)度，盡管在決定引入3D打印技術(shù)之前，他們已經(jīng)對這種新興技術(shù)觀察了多年。粘結(jié)劑噴射和MIM的主要區(qū)別在于，后者基本上需要大批量。據(jù)總經(jīng)理Todd Jensen說："在引入粘結(jié)劑噴射技術(shù)之前，我們拒絕了大量的醫(yī)用牙托生產(chǎn)訂單，這使我們意識到需要一種即時生產(chǎn)的能力。基于模具生產(chǎn)的MIM技術(shù)，本質(zhì)上就是一種大批量的工藝，但在全面規(guī)模化生產(chǎn)之前，3D打印技術(shù)在小批量的試制階段絕對是一種絕佳的補充方案。

△Smith金屬制品公司總經(jīng)理Todd Jensen在查看其中一臺生產(chǎn)設(shè)備的MIM部件。

另一方面，MIM反過來又是對粘結(jié)劑噴射技術(shù)的補充。由于Smith已經(jīng)針對MIM的訂單購買了大量的金屬粉末，而這些材料同樣可以應(yīng)用到粘結(jié)劑噴射中，這要比其他3D打印用戶購買材料的價格更劃算。此外，已經(jīng)用于MIM部件的燒結(jié)爐也可以為粘結(jié)劑噴射執(zhí)行同樣的步驟（脫脂和燒結(jié)），冶金方面的專業(yè)知識也是相同的，MIM和粘結(jié)劑噴射可以很好地結(jié)合起來。

△Smith公司的金屬增材制造專家Edward Jornlin，其中的粘合劑噴射機來自ExOne公司。

Edward Jornlin是一名剛畢業(yè)的材料工程專業(yè)學(xué)生，他被雇來幫助公司提高和掌握這種新能力。他正在研究粘結(jié)劑噴射的獨特過程，包括3D打印部件和MIM部件的收縮系數(shù)的不同（由于自重，3D打印部件在XY軸方向和Z軸方向的收縮比例不同），以及不同3D打印部件特征在燒結(jié)過程中的行為。

同時，Jim Beyer正在了解3D打印部件的不同行為變化。這位史密斯金屬公司的客戶經(jīng)理已經(jīng)成功地利用這一能力，為多家客戶提供金屬注射成型服務(wù)。在多個場合中，他都會向客戶提供一個金屬3D打印的部件設(shè)計原型，這有助于客戶對他們公司的設(shè)計和制造能力充滿信心，而這里粘合劑噴射無疑是幫了大忙。

然而，Jim Beyer也表示他們公司還有很遠的路要走，除了原型設(shè)計，他們還將目光瞄向了醫(yī)用設(shè)備的制造市場。

△在粘結(jié)劑噴射中，粘結(jié)劑被一層層地噴射到金屬粉末上用于制造金屬零件，然后通過燒結(jié)完成。這種能力有利于批量生產(chǎn)，因為在一次制造中可以自由地嵌套許多零件。

進軍醫(yī)療設(shè)備市場

由于史密斯金屬公司同時擁有MIM和AM兩大制造能力，那么它的一個重要的潛在增長市場就是醫(yī)療設(shè)備。具體來說，監(jiān)管部門批準(zhǔn)一項新的醫(yī)療設(shè)備往往需要驗證數(shù)百個初始試驗零件，而AM技術(shù)恰恰可以滿足這一數(shù)量需求。此外，市場上那些通過AM技術(shù)生產(chǎn)的產(chǎn)品永遠不會被MIM所取代，因為零件設(shè)計需要這種能力。自從該公司宣布AM將成為其服務(wù)的一部分后，有關(guān)這類工作的詢問就一直不斷地涌向該公司。

△這里看到的是3D打印的部件（上方）和后來通過MIM生產(chǎn)的部件。在致力于模具制造之前，能夠為客戶提供一個功能性的金屬部件，有助于將這項工作推向生產(chǎn)。

Jensen說："常規(guī)零部件的批量化AM生產(chǎn)還要一段路要走，我們需要圍繞這一能力建立一個專門的質(zhì)量管理系統(tǒng)，需要以不影響其他工藝的方式進行AM生產(chǎn)。"此外，他還表示公司將需要增加更多的粘合劑噴射生產(chǎn)能力，這項投資有望很快到來。

△在零件的增材制造階段，一些重要的細節(jié)仍然可以改變。圖：MIM零件（左）的比例與3D打印零件的不同。

由于技術(shù)路線（燒結(jié)）的部分重疊，Smith公司很容易將一批粘合劑噴射的部件納入MIM部件中的隊列。此外，Smith Metal已經(jīng)有了充足的燒結(jié)設(shè)備，所以它不需要因為引入AM而特意增加這些設(shè)施。

△正在進入燒結(jié)爐的零件

那么，Smith Metal增材制造的生產(chǎn)能力是否會像MIM與塑料成型一樣，又或是與MIM工作截然不同？這需要時間來給出答案，畢竟我們很難預(yù)測到3D打印和MIM未來的發(fā)展模式，但Smith Metal公司開發(fā)和追求一種新的、顛覆性的制造能力確實是我們值得推崇的。

中國的金屬3D打印與MIM

在國內(nèi)的3D打印專業(yè)展會上，南極熊已經(jīng)看到大量MIM廠商的身影，部分已經(jīng)涉足金屬3D打印業(yè)務(wù)。

近幾年實地探訪國內(nèi)多家金屬3D打印工廠后，南極熊發(fā)現(xiàn)已經(jīng)有好幾家已經(jīng)增加了MIM制造服務(wù)，兩種技術(shù)在一個公司內(nèi)部相互補充。

這是一個新模式