（文章來源：3DScienceValley）

粘結劑噴射3D打印技術（binder jetting）是由麻省理工的Ely Sachs與Mike Cima在1993年研發的，該技術在噴墨打印機基礎上，衍變為將粘結劑噴射到塑料粉末床上。然而，很快這種粘結塑料粉末的技術就不流行了，取而代之的是粘結砂子和金屬。

粘結劑噴射3D打印技術具有工業級效率、速度快、設備成本低、無需額外支撐等特點，再加上允許大尺寸打印、多材料打印（砂子、PMMA材料、金屬材料）適應于批量生產的特點，使其成為投資者在3D打印領域投資的熱門技術。IDTechEx預測到2025年將會有37,000臺粘結劑噴射設備，這意味著粘結劑噴射3D打印技術將迎來新的發展。

本期谷.專欄文章中，作者從制造原理入手，分析了粘結劑噴射3D打印技術的特點，目前已經投入該技術設備研發的代表性企業及其他們的技術發展情況。粘結劑噴射3D打印技術的原理是通過材料噴射和燒結工藝的相互結合來生產密度金屬零部件。

關鍵點1粘結劑是質量關鍵。在噴射階段，粘結劑對不同粉末材料粘結的穩定性和后期燒結工藝是否收縮變形起到了至關重要的作用。可以說粘結劑的化學技術就是粘結劑噴射金屬3D打印技術的關鍵核心。關鍵點2多噴頭提升打印速度。由于其是多噴頭噴射粘結劑的特點，相對于目前市場上流行的單噴頭的激光相關的3D打印技術而言，其制造速度是后者的數百倍，效率大大提升。

關鍵點3使用材料范圍廣。由于使用粘結的方式，打印時不需要加熱，后期燒結去除粘結劑時才涉及溫度變化。對材料要求的降低，在理論上使得該技術適合于很多不同的材料的打印。關鍵點4燒結工藝。燒結工藝是保證質量的關鍵之一，工藝過程要有效去除粘結劑，同時保證形態不發生改變，這與材料的熱處理工藝息息相關。

關鍵點5粉末支撐。粘結劑噴射技術在打印環節沒有溫度變化，材料內應力小，可以依靠粉末實現自支撐，不需要額外的支撐設計，實現材料的100%利用和一次多量打印，這點是有別于其他增材制造方法的核心之一。同時粉末在完成一次打印后，沒有溫度變化引起的粉末粘合，不需要清理和篩分，可直接回收利用，這點是有別于其他增材制造方法的核心之一。

關鍵點6環境要求低。粘結劑噴射技術在打印環節沒有溫度變化和化學變化，金屬粉末不會因為高溫而氧化，所以普通打印環境就可以持續打印，這大大降低了設備的設計要求。綜合以上6點，這項技術才具有了：高效率，低成本，適合批量化生產的特點。但是由于粘結劑化學技術還不是非常成熟，加之材料的粉末質量問題，這項技術所制造出的產品精度目前還不能與激光相關3D打印技術相媲美。

當前在粘結劑噴射3D打印技術方面發展的代表企業包括：voxeljet-維捷、Digital Metal、GE 、惠普(HP) 、 Desktop Metal 。筆者在這里對這些企業的基本情況和在該技術方面的研發與應用情況做了梳理。voxeljet-維捷是全球領先工業級3D打印系統制造商之一，可實現產品的無模化生產。

維捷在3D打印砂芯制造應用方面積累有著自己豐厚的經驗與市場運用。在德國、美國、英國、印度和中國均有自己的分支機構，其VX200-4000系列5種粘結劑噴射3D打印設備，包含了從實驗室級別到4米級目前世界最大的噴射成型技術3D打印機，形成系列化的產品，設備應用領域廣泛。

以voxeljet-維捷的VX4000設備分析，打印頭具有超過25000個可單獨控制的噴嘴和1100毫米的打印寬度，打印機的打印速度可達每小時120升。在航空航天部件等許多應用中，現在可以使用粘結劑噴射技術與金屬鑄造相結合的方式，經濟地構建幾乎任何尺寸的零件：例如大型機械結構框架，以及車輛核心零部件：泵體、閥體、排氣歧管、殼體、以及能源行業的閉式葉輪。這些是與復雜、大尺寸、高精度、難加工緊密聯系的技術高地。

Digital Metal 是瑞典金屬粉末制造商 Hgans集團公司旗下的企業，Digital Metal推出了粘結劑噴射技術的金屬增材制造設備：DMP 2500。這款機器使用金屬粉末，能進行連續生產。

打印速度高達100立方厘米/小時，打印層厚為42微米。它有一個較大的構建體積，為2500立方厘米，單次可以打印多達50000個的零件。DM P2500的其他技術規格包括：35分微米的XY分辨率，處理前的平均表面粗糙度為Ra6微米。這些數字意味著打印機可以生產出“具有醫療級平滑度的復雜結構”，即使打印件的尺寸很小。DMP 2500能處理幾種材料，因為打印后還會進行燒結。使用粘結劑為環氧樹脂，由噴嘴根據部件的幾何形狀精確地噴射粘合劑，層層粘結材料，該過程一直持續到零件完成。整個打印過程以受控的方式進行。最后，在燒結爐中將粘結劑燒掉以獲得純粹的金屬零件。

Digital Metal迄今已有三種材料包括316L和17-4PH不銹鋼，以及Ti6Al4V鈦合金。正在驗證其他材料，將來會有更多的材料被納入進來，包括銀和金，因為粘接劑非常適合珠寶制造。目前的訂單中最大的有每年大約30000個零件，較小批次有3000至3500個零件的制作需求。其中包括瑞士制表廠Montfort Watches，通過粘結劑噴射3D打印技術制作不銹鋼表盤。
（責任編輯：fqj）