金屬粘合劑噴射3D打印有什么用？

2022年12月9日，南極熊獲悉，Desktop Metal的中西部區(qū)域技術(shù)經(jīng)理Michael Block分享了他對金屬粘合劑噴射3D打印的看法。

△3D打印工藝示例

Michael在增材制造領(lǐng)域工作了近15年，在行業(yè)領(lǐng)先的公司擔(dān)任過各種職務(wù)，并經(jīng)營自己的初創(chuàng)公司，為各種客戶提供量身定制的生產(chǎn)自動化技術(shù)、零件和咨詢服務(wù)。同時，他本人在聚合物和金屬3D打印技術(shù)方面擁有豐富的經(jīng)驗。他認(rèn)為3D打印技術(shù)正在突破生產(chǎn)的界限并幫助制造商找到更快、更具創(chuàng)新性的上市方法。

作為Desktop Metal的區(qū)域技術(shù)經(jīng)理，我收到的零件文件中有90%到95%是為另一種制造工藝設(shè)計和進(jìn)行驗證。各地的公司都在尋找更好的替代品來生產(chǎn)他們的組件，有時是因為供應(yīng)鏈問題，例如極長的交貨時間（我聽說最長時間是42周）。

△Desktop Metal的shop system3D打印系統(tǒng)

即使是現(xiàn)在，我堅信我們?nèi)匀荒軌蚋惺艿饺�球供�?yīng)鏈斷裂的后遺癥，但當(dāng)我花時間了解和學(xué)習(xí)金屬粘合劑噴射技術(shù)的好處時。我可以這么說，推動更高產(chǎn)量零件生產(chǎn)的3D打印機原始設(shè)備制造商，需要將他們的心態(tài)轉(zhuǎn)移到實際制造上。他們需要重新考慮從3D打印設(shè)計到鑒定，以及其中涉及的許多工作流程。

目前存在的問題是，希望將該技術(shù)作為主流生產(chǎn)解決方案的3D打印公司，在涉及到品牌、定制生產(chǎn)、自動化合作、營銷和信息傳遞以加深與對該技術(shù)感興趣的制造商聯(lián)系時，卻未能達(dá)到預(yù)期目的。

金屬粘合劑噴射技術(shù)的功能
尺寸：在目前階段，金屬粘結(jié)劑噴射適用于3D打印小型到中型零件，在燒結(jié)過程中在縮小補償后大約為1英寸x 1英寸x 1英寸到6 英寸x 6英寸x 6英寸。這是因為，使用當(dāng)前用于將金屬粉末保持在一起的液體粘合劑，生坯強度在脫粉之后和剛好在燒結(jié)過程之前并不是最佳的。這限制了零件的尺寸以及可以生產(chǎn)的幾何形狀，直到粘合劑得到改進(jìn)，以顯示更大的強度。

△ExOne的材料，包括M2工具鋼、316L、304L、17-74PH、銅和Inconel 625

零件質(zhì)量：使用金屬粘合劑噴射的物品，表現(xiàn)出與鑄造零件相似的強度和密度(98%)。零件公差在0.3毫米至0.5毫米之間，增加了打印后加工的需求，以達(dá)到所需的公差。打印機的表面光潔度可能不符合消費者標(biāo)準(zhǔn)，因此需要采用量身定制的表面處理方法。這意味著組件需要進(jìn)行后處理以滿足適當(dāng)?shù)墓�差預(yù)期、零件強度和表面光潔度要求。當(dāng)然，精度和表面光潔度不僅是金屬粘合劑噴射所必需的，對于大多數(shù)3D打印制造技術(shù)也是如此。

材料：粉末材料的價格仍然需要更具競爭力(相對于其他金屬3D打印技術(shù))，以吸引更多的制造商。開放物料系統(tǒng)將有助于用戶分散粉末供應(yīng)鏈成本。與其它金屬打印技術(shù)相比，粘合劑噴射的材料更換要容易得多，平均需要30-40分鐘。由于它類似于金屬注射成型(MIM)工藝，因此材料可用性和材料鑒定速度通常更快。

速度：迄今為止，金屬粘合劑噴射工藝，仍然被認(rèn)為是能夠批量生產(chǎn)大量幾何形狀的最快金屬打印技術(shù)。自1999年首次推向市場以來，它已經(jīng)走過了漫長的道路。與激光粉末床熔合相比，就零件價格和準(zhǔn)入門檻而言，它在所有權(quán)方面仍然是最具競爭力的。

△使用Digital Metal粘合劑噴射工藝3D打印的金屬部件

易于使用：我還相信，迄今為止，由于傳統(tǒng)上簡單的用戶界面，金屬粘合劑噴射可能是生產(chǎn)金屬零件的最簡單技術(shù)，無需高級學(xué)位。用戶可以在短短20分鐘內(nèi)處理完零件文件并準(zhǔn)備打印。這包括可用的燒結(jié)模擬軟件，它允許打印優(yōu)化，例如在燒結(jié)周期期間用于翹曲預(yù)測的負(fù)偏移。

支撐：該軟件還消除了對支撐設(shè)置器的需要（沒有錨將部件連接到構(gòu)建板上以減輕翹曲）并且由于應(yīng)用了抗將燒結(jié)劑添加到支撐座表面，以消除零件與支撐座的結(jié)合。

如何推廣？
3D打印公司和營銷團(tuán)隊都希望更好的向客戶推薦金屬粘結(jié)劑噴射技術(shù)。但是，這很可能是個漫長的過程，這涉及產(chǎn)品需要經(jīng)過部件資格認(rèn)證等批準(zhǔn)流程(即，規(guī)劃，設(shè)計，原型，測試，制造設(shè)計，制造，后期制造)。

在與尋求購買金屬粘合劑噴射的客戶進(jìn)行討論時，合作雙方都必須明白，正在合作的零件很有可能已經(jīng)被證明，它同時適用于傳統(tǒng)制造工藝（CNC、鑄造、注塑成型等）。如果潛在客戶不愿意為3D打印制造資格重新認(rèn)證，我建議他們繼續(xù)使用當(dāng)前的制造工藝。我一直跟我的工程團(tuán)隊講，一旦客戶愿意為3D打印重新設(shè)計，一個全新的領(lǐng)域和供應(yīng)鏈就會向他們打開。

至關(guān)重要的是，我們要傳達(dá)的信息是，此過程不是魔術(shù)按鈕，而是另一種生產(chǎn)零件的方法。 當(dāng)然，資格認(rèn)證會增加不必要的銷售周期時間。然而，確保一個組件適合特定的生產(chǎn)工藝是制造商多年來一直走的路線。不能因為3D打印技術(shù)具備產(chǎn)量較高的優(yōu)勢，就同樣要求它具有大規(guī)模生產(chǎn)原則。

如果公司愿意沿著重新設(shè)計金屬粘合劑噴射零件的道路前進(jìn)，以確保它符合并滿足消費者標(biāo)準(zhǔn)，那么您很有可能會找到一個愿意此技術(shù)買單的合作伙伴。  

△GE Additive的3系列金屬粘合劑噴射3D打印機

Michael的總結(jié)
總而言之，對于希望采用這項技術(shù)的公司來說，他們必須接受零件鑒定和達(dá)到消費者標(biāo)準(zhǔn)的條件，才能取得成功并與其它傳統(tǒng)工藝競爭。尤其是如果他們的目標(biāo)是中等到更高的零件體積。

雖然金屬粘結(jié)劑噴射看起來有點像魔法，但我們必須后退幾步，金屬粘結(jié)劑噴射公司需要理解零件的制造資格之旅將類似于傳統(tǒng)工藝的生產(chǎn)過程（漫長）。

金屬粘結(jié)劑噴射會有更多的步驟嗎?是的，但最終的結(jié)果可能是同樣的組件增加了創(chuàng)新和性能。在大多數(shù)情況下，金屬粘結(jié)劑噴射并不一定會節(jié)省客戶的生產(chǎn)步驟，但它會導(dǎo)致打印部件的交付速度快得多。

總的來說，我相信金屬粘合劑噴射有一席之地，但需要考慮采用和成功的因素，就像探索任何新的或現(xiàn)有的制造工藝一樣。