高質(zhì)量、低成本金屬3D打印解決方案：Binder Jetting粘結(jié)劑噴射金屬成型

來(lái)源：隆源成型

導(dǎo)讀：3D打印技術(shù)已經(jīng)發(fā)展了三十多年，其產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用全球年復(fù)合增長(zhǎng)率在20%以上，中國(guó)甚至更高，但由于其產(chǎn)值基數(shù)相對(duì)較小，3D打印行業(yè)盡管意義重大，至今卻還是個(gè)小行業(yè)。3D打印產(chǎn)業(yè)化緩慢的主要原因有二：一是打印效率低，也就是制造速度慢；二是打印材料貴，也就是制造成本高。一個(gè)既慢又貴的技術(shù)，很難被應(yīng)用到生產(chǎn)線(xiàn)去，這就是為什么之前3D打印設(shè)備的主要用戶(hù)大多是科研院所、大公司的研發(fā)部門(mén)、學(xué)校以及3D打印服務(wù)機(jī)構(gòu)。

為了解決傳統(tǒng)3D打印既慢又貴的問(wèn)題，3D打印2.0粘結(jié)劑噴射（Binder Jetting/3DP，下文簡(jiǎn)稱(chēng)BJ）工藝應(yīng)運(yùn)而起。相對(duì)于3D打印1.0，如PBF、DED等金屬增材制造工藝是采用“點(diǎn)掃描”的技術(shù)，存在加工效率較低，成本數(shù)倍于傳統(tǒng)制造技術(shù)，難以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，采用了“線(xiàn)掃描”技術(shù)的3D打印2.0粘結(jié)劑噴射BJ工藝是一種高效率、高精度的增材制造技術(shù)，其沿用傳統(tǒng)粉末冶金行業(yè)的材料體系和燒結(jié)工藝，成本低廉，材料標(biāo)準(zhǔn)化程度高，能夠?yàn)楣�業(yè)屆提供高效率、高質(zhì)量、低成本的金屬增材制造解決方案，可以應(yīng)用到生產(chǎn)線(xiàn)，為3D打印技術(shù)的規(guī)�；瘧�(yīng)用打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，預(yù)計(jì)3D打印2.0將為3D打印行業(yè)帶來(lái)突破性持續(xù)增長(zhǎng)。

國(guó)際上，Desktop Metal、HP、Digital Metal、GE等全球性科技企業(yè)看好BJ金屬技術(shù)的市場(chǎng)潛力，在近5年間先后完成BJ金屬技術(shù)的開(kāi)發(fā)，并實(shí)現(xiàn)了一定程度的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。中國(guó)作為制造業(yè)大國(guó)，對(duì)BJ金屬技術(shù)的市場(chǎng)需求更為迫切，特別是來(lái)自MIM（金屬注射成型）行業(yè)對(duì)快速試制和中小批量生產(chǎn)的需求。在此背景下，國(guó)內(nèi)BJ金屬技術(shù)在近幾年迅速發(fā)展。事實(shí)上，早在1994年，北京隆源自動(dòng)成型系統(tǒng)有限公司（三帝科技旗下企業(yè)，以下簡(jiǎn)稱(chēng)“隆源成型”）創(chuàng)始人宗貴升博士便提出了“線(xiàn)掃描”的理念，并申報(bào)了“變長(zhǎng)線(xiàn)掃描快速自動(dòng)成型方法和裝置”的發(fā)明專(zhuān)利（ZL 94106496.4）。2018年以來(lái)，隆源成型通過(guò)博士后工作站博士后團(tuán)隊(duì)的技術(shù)創(chuàng)新和研發(fā)團(tuán)隊(duì)的工程創(chuàng)新，已成功研發(fā)和生產(chǎn)了系列BJ設(shè)備，以及適用于20多種材料的5大系列粘接劑，并投放市場(chǎng)。

基于公司國(guó)千科技研究院、博士后工作站、產(chǎn)品研發(fā)團(tuán)隊(duì)三位一體的協(xié)同創(chuàng)新體系，及近30年增材制造設(shè)備的研制基礎(chǔ)，隆源成型自主掌握了粘結(jié)劑噴射成型技術(shù)的裝備、材料、工藝相關(guān)的多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，完成了研發(fā)型R系列、生產(chǎn)型P系列等系列化設(shè)備的研制，及鐵基材料、有色金屬、高溫合金、難熔金屬、陶瓷材料、無(wú)機(jī)鹽、高分子材料、食品材料等體系化材料工藝的開(kāi)發(fā)。

隆源成型R系列設(shè)備AFS-J120R、AFS-J380R是面向高校、科研院所、企業(yè)研發(fā)機(jī)構(gòu)等的研發(fā)型設(shè)備。該系列設(shè)備可實(shí)現(xiàn)最高±0.2mm的打印精度、400~800DPI的分辨率、2.5L/h的打印速度及55~62%的綠坯致密度。設(shè)備操作方便快捷，可靈活更換粉末材料和粘結(jié)劑墨水，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)練、易維護(hù)，有效保障科研效率和實(shí)驗(yàn)的可重復(fù)性。采用自主研發(fā)的工控軟件和數(shù)據(jù)處理軟件，工藝參數(shù)開(kāi)放度高、自主可調(diào)，不僅兼容材料種類(lèi)多，更適用于新材料的探索性研究與快速制備迭代。

△隆源成型BJ粘結(jié)劑噴射金屬打印設(shè)備AFS-J120R（左）、AFS-J380R（右）

P系列設(shè)備是面向MIM、模具、刀具等行業(yè)的生產(chǎn)型設(shè)備。該系列設(shè)備采用最新的上送粉式單缸結(jié)構(gòu)，配備V+精準(zhǔn)落粉系統(tǒng)、雙輥復(fù)合高致密鋪粉系統(tǒng)、噴頭自動(dòng)清洗、內(nèi)置空氣凈化系統(tǒng)等裝置，操作方便快捷、可靈活更換粉末材料和粘結(jié)劑墨水，有效保障生產(chǎn)效率�？蓪�(shí)現(xiàn)±0.15mm的打印精度、400~1200DPI的分辨率（自由可調(diào)）、最高2.5L/h的打印速度及55~62%的綠坯致密度。高端生產(chǎn)型設(shè)備AFS-J380L還配置有高精度成型缸轉(zhuǎn)運(yùn)車(chē)，可實(shí)現(xiàn)成型缸的快速轉(zhuǎn)運(yùn)和快速更換，節(jié)約固化等待時(shí)間；最高打印精度可達(dá)±0.1mm，最高打印速度可達(dá)3.6L/h，相關(guān)技術(shù)指標(biāo)達(dá)國(guó)際先進(jìn)水平。

△隆源成型BJ粘結(jié)劑噴射金屬打印設(shè)備AFS-J380P（左） 、AFS-J380L（右）

此外，隆源成型具備粘結(jié)劑配方的自主設(shè)計(jì)能力，能夠滿(mǎn)足客戶(hù)新材料、新應(yīng)用對(duì)定制粘結(jié)劑的開(kāi)發(fā)需求。在設(shè)備基礎(chǔ)上，已成功開(kāi)發(fā)了系列BJ專(zhuān)用粘結(jié)劑配方，適用于鐵基合金、輕金屬合金、有機(jī)玻璃、陶瓷等20余種基體材料。其中，SS316L、SS420、18Ni300等多種材料的脫脂燒結(jié)工藝，均滿(mǎn)足MIM行業(yè)國(guó)際材料標(biāo)準(zhǔn)。另外，公司在全國(guó)設(shè)立了專(zhuān)業(yè)的技術(shù)服務(wù)中心，可全時(shí)快速響應(yīng)客戶(hù)需求，為設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行提供堅(jiān)實(shí)保障。

△隆源成型BJ粘結(jié)劑噴射金屬打印案例

BJ金屬技術(shù)因其打印效率高、材料成本低、設(shè)備性?xún)r(jià)比高、無(wú)需額外支撐、適于批量化等特點(diǎn)，被稱(chēng)為“Additive 2.0”技術(shù)，將會(huì)在汽車(chē)、五金、電子、工具、模具、刀具、醫(yī)療器械、運(yùn)動(dòng)器材等行業(yè)形成規(guī)�；�產(chǎn)業(yè)應(yīng)用，具有廣闊的市場(chǎng)空間，未來(lái)市場(chǎng)規(guī)模超過(guò)千億元。同時(shí)，作為一種直接金屬成型技術(shù)，BJ金屬技術(shù)的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用也正逐漸成長(zhǎng)為金屬增材制造領(lǐng)域的核心技術(shù)趨勢(shì)，在批量化金屬零件的生產(chǎn)中顯露出強(qiáng)大的生命力。相信，在未來(lái)，這項(xiàng)技術(shù)將深刻影響傳統(tǒng)制造行業(yè)，并將改變金屬增材制造行業(yè)的市場(chǎng)格局。