粘合剂喷射如此高效和快速的一个原因是，几十个，甚至几百个零件可以一次批量打印。打印机软件帮助将零件嵌套到打印机的全部容量中。(来源:桌面金属)
粘合剂喷射是一种3D打印方法，它使用液体粘合剂来一层一层地粘合粉末金属材料，以创建固体的复杂形状。无论是金属、塑料、沙子还是其他粉末材料，芯粘结剂喷射过程都是相同的。
随着构建的进行，金属粉末被沉积到构建室中，然后辊在构建平台上展开并稍微压实一薄层粉末。带有喷墨喷嘴的打印头在床上经过，选择性地以零件的横截面形状沉积数百万纳克大小的粘合剂液滴。粘合剂将粉末颗粒粘合在一起。当一层完成时，构建平台向下移动，辊用更多的金属粉末重新涂覆表面。然后重复这个过程，将新的一层粘合到下面的一层，直到部件完成。
尽管HP、Markforged和Desktop Metal的金属粘合剂喷射技术的核心要素是相同的，但每种技术都有一些独特的(通常是专利的)内部机制、材料和软件方法，可以在速度、零件质量、使用方便和加工效率方面产生影响。
惠普金属喷射S100粘合剂喷射3D打印机可实现的精细细节 (来源:惠普)
分辨率和细节
惠普、Markforged和Desktop Metal都提供30到50微米范围内的层高(人类头发的宽度约为70微米)。它们的分辨率是以每英寸点数(DPI)来衡量的，这可能是你所熟悉的2D度量。在粘合剂喷射中，DPI用于描述粘合剂沉积的分辨率或粒度。DPI值代表粘合剂沉积在粉末床上的精细程度。更高的DPI值意味着打印机可以更精确地以更小的增量应用粘合剂，从而在最终的3D打印对象中产生更精细的细节和更高的分辨率。
DPI有点模糊，因为它不容易转化为零件尺寸。Markforged声称最高的DPI为8000 x 1600，但需要注意的是，DPI只是影响活页夹喷墨打印整体分辨率和质量的一个因素。其他因素，如所用粉末材料的类型、层厚以及打印机的整体机械和校准，在决定零件的最终细节水平方面也起着重要作用。
Desktop Metal的X系列以体素报告其分辨率，体素是一种3D像素，代表打印机可以创建的最小特征尺寸。X系列的分辨率约为30微米体素。再一次，这转化为比人类头发还小的细节。还要寻找尺寸公差测量。X系列声称尺寸公差小于1%。桌面金属生产系统的尺寸公差为2%。
金属粘合剂喷射3D打印涉及将液体粘合剂喷射到金属粉末层上以固化形状(来源:桌面金属)
金属粉末管理
打印后，零件被包裹在未使用的粉末中，这些粉末支持构建复杂的几何形状，通常没有任何打印的支持。在这一阶段可以有固化或干燥步骤，该步骤可以包括加热粉末床中的零件，之后一旦粉末冷却下来就将零件从粉末中取出。多余的粉末被收集起来，并可以在与新粉末更新(或混合)时重新使用。移除粉末并为下一次构建准备粉末可能需要一件或两件额外的设备，称为粉末去除站和粉末管理系统。因为粘合剂喷射是一个“冷”过程，与激光粉末床烧结不同，更多的金属粉末(接近99%)可以重复使用，这降低了成本。
部分John Deere拖拉机的燃油阀3D打印有惠普金属喷射粘合剂喷射系统(来源:惠普)
就在粉末之外，零件基本上由用聚合物粘合剂粘合在一起的金属颗粒组成。这些所谓的“绿色部件”是易碎的，并且不能原样使用。如果这些零件经过固化步骤去除了一些粘合剂，那么它们就被称为“棕色零件”。下一步包括从金属部件中去除剩余的粘合剂，以产生96%到99%的金属部件。零件进入熔炉进行热处理(这一过程被称为烧结)，烧尽粘合剂并凝结零件。它去除或减少了去除粘合剂后留下的倾倒。其他后处理可以包括用另一种材料填充金属部件的孔，以产生期望的基体或复合材料。
根据熔炉的温度和零件烧结的时间，它们可以是99%的致密(与注射成型的质量相同)或多达60%的多孔。对于某些应用来说，多孔性是一种期望的效果。
桌面金属商店系统展示金属粘合剂喷射部件(来源:桌面金属)
打印参数和金属选择
打印、固化和烧结参数都根据具体的零件几何形状、材料和所需密度进行调整。您可以设置您的打印解决方案(打印机、固化站和熔炉),以遵循您的打印机制造商为最佳零件开发的设置配方。他们已经为您完成了R&D，无需大量调整即可实现最佳打印效果。
因此，你可能会注意到你的打印机制造商提供了有限的金属粉末清单。尽管几乎任何金属注射成型粉末都可以进行粘合剂喷射，但每种材料都需要R&D找到最佳参数。打印机制造商花时间为每种粉末开发参数在经济上是不可行的，所以他们通常只提供几种，如果你需要特殊的东西，他们可以在R&D上与你合作。
粘合剂通常为每个制造商所专有，并且被调整为与特定的粘合剂喷射打印头喷嘴一起工作。虽然我们正在寻找的制造商中没有一家透露他们的粘合剂化学成分，但他们都表示他们的粘合剂特别强，在烧结过程中可以干净地烧掉粉末。
金属粘合剂喷射价格
如你所料，这些系统的起价是六位数，这还只是打印机的价格。HP、Markforged，尤其是Desktop Metal有各种封装和配置，因此很难缩小价格范围。这些系统的主要消费者是为其他公司生产金属零件的企业，如3D打印服务局或金属合同制造商，与CNC加工或金属注射成型相比，这些解决方案的速度和产量更高，因此可以获得投资回报。
为什么使用金属粘合剂喷射？
桌面金属金属粘合剂喷射3D打印机生产的复杂金属零件 (来源:桌面金属)
与传统的金属注射成型和其他形式的金属3D打印相比，粘合剂喷射有几个优点，具体取决于您的要求。这项技术在速度和产量方面尤其出色，因为打印头通常比其他技术中使用的激光或电子束工作得更快。此外，部件可以在建造室内包装和堆叠，利用几乎每厘米的空间。
根据研究伊利诺伊理工学院材料、机械和航空航天工程系助理教授Amir Mostafaei认为，粘结剂喷射技术将主宰其他制造领域，特别是金属注射成型，因为它们共享相同的材料和工艺，以及尺寸和几何细节，如壁厚。
粘合剂喷射优点:
大量的材料选择。粘合剂喷射与目前可用的多种粉末材料兼容，并且因为粉末金属在许多其他传统制造工艺中被烧结到全密度，所以粘合剂喷射的支持者说它具有潜在的在应用上超越粉末床熔融，在所有AM工艺中有最广泛的材料选择。理论上，粘合剂喷射可以用于任何粉末金属材料和补充粘合液体。在实践中，金属粘合剂喷射3D打印机与精选材料“兼容”,因为这些材料具有相应的粘合剂，并且已经过彻底的现场测试。
冷工艺。研究人员表示，粘合剂喷射打印过程在室温下进行，避免了与热残余应力有关的问题，并使构建盒中零件周围的粉末高度可回收，从而节省了材料成本。
高音量。虽然就建造室大小而言，它不是最大的金属3D打印机，但binder jetting使您能够在一次建造中嵌套许多不同的零件。这种大批量生产能力使其成为希望打印大量复杂零件或原型版本的公司的理想选择。这项技术是3D打印服务机构的最爱，可以将几个客户的订单整合到一起。
没有支持。对于通过粘合剂喷射产生的任何零件几何形状，对支撑结构的需求显著降低，因为粉末床通常提供足够的支撑，这意味着更大的设计自由度(尤其是对于产生内部通道而言)、更少的材料浪费、更少的移除支撑的时间和劳动，以及在一个构建体积中嵌套许多零件的更多空间。然而，一些形状可能受益于烧结过程中的支撑。
高速。粘合剂喷射速度快，生产率高，因此可以经济高效地生产大量零件。虽然粘合剂喷射比单激光粉末床熔融金属3D打印更快，但它并不比所有类型的激光粉末床熔融更快。
多功能输出。基于烧结温度和时间，粘合剂喷射可以产生具有受控孔隙率的各种密度，这导致了广泛的用途。
粘合剂喷射缺点:
多步骤。粘合剂喷射是一个需要后处理步骤的多步骤过程，包括额外的设备。
失真风险。使喷射粘合剂的零件更加致密的过程——烧结——会导致几何形状的变形。然而，这应该是可以避免的适当计算提前，这是由打印机的软件辅助。
体力劳动。将零件从打印机移动到后处理机器，并对打印好的零件断电通常是一个手动过程。根据零件的几何形状，一些断电自动化是可能的。
在Markforged金属粘合剂喷嘴上制造的金属零件 (来源:Markforged)
粘合剂喷射金属零件质量
由于上述所有原因，加上非常重要的一点:轻量化，金属粘合剂喷射对于金属零件生产来说是一种非常有吸引力的技术。
因为粘合剂喷射可以打印具有复杂图案填充物的部件，而不是实心的，所以产生的部件在强度相同的同时显著更轻。粘合剂喷射的多孔特征也可用于实现医疗应用的更轻的末端部件，例如植入物。
与其他添加制造工艺一样，粘合剂喷射可以生产具有内部通道和结构的复杂部件，消除了焊接需求，减少了部件数量和部件重量。为粘合剂喷射重新设计您的金属零件可以大幅减少材料的使用和浪费。
粘合剂喷射部件具有很高的表面光滑度，尤其是在内部通道中。
喷射粘合剂的金属部件需要在熔炉中进行烧结，以进一步提高金属部件的密度(来源:埃尔尼克系统公司)
尽管有其优势，你不会在市场上找到各种各样的金属粘合剂喷射机器。这项技术是由我们在这里探索的三个品牌主导的，加上通用电气添加剂今年进入游戏系列3粘合剂喷射机。在光谱的另一端，一个有趣的桌面大小的金属粘合剂喷射机器来自一家名为烧结喷射在2022年Formnext增材制造贸易展上展出。
选择机器时，一定要索取零件样品，并考虑软件的易用性；材料的可用性(专有或公开)；消耗品的成本，如粘合剂；以及完整生态系统的集成(打印机、脱粉站、烧结炉)。
Markforged PX100
Markforged PX100金属粘合剂喷射3D打印机(来源:Markforged)
Markforged是使用金属和聚合物挤压技术的领先3D打印机制造商之一，但为了扩展到金属粘合剂喷射领域，它于2022年收购了瑞典金属粘合剂喷射制造商Digital Metal。
2023年，Markforged将数字金属DMP Pro活页夹喷墨打印机更名为Markforged PX100，有两种尺寸可供选择。
Digital Metal成立于2004年，曾是世界上最大、历史最悠久的金属粉末制造商之一hagans的一部分，旨在探索销售更多金属粉末的技术。该公司表示，PX100最初旨在证明金属粘合剂喷射可以生产高质量的零件，而不是作为一件可销售的设备，有点过度设计。然而，根据Markforged的说法，这种工程已经体现了一种使其与众不同的精度和零件质量。
Markforged的PX100专门从事消费产品和医疗器械的精细金属3D打印，以及其他应用(来源:Markforged)
机器的底座是一块花岗岩板，用于稳定设备和消除打印过程中的振动。这就是为什么PX100几乎是任何其他金属粘合剂喷射机的两倍重。还有平滑的线性电机和空气轴承，Markforged说这导致精确的精度和静态精度优于1微米。
该公司的粘合剂喷射解决方案专注于生产大批量的小而复杂的金属零件。凭借其250 × 217 × 186的打印量，它可以制造更大的零件，但客户选择了这种解决方案，因为它能够一次制造数百甚至数千个小零件，如表盘和医疗仪器。
Markforged提供完整的配件生态系统，涵盖了断电和粉末管理，有手动和自动两种版本供您选择。
有一个相对基本的下吸式工作台，用于为打印机准备粉末，一个手动脱粉站或半自动脱粉站，以及一个全自动粉末处理系统，该系统连接到手动或半自动脱粉站，并自动分配新粉末，将其与从脱粉站收集的粉末混合，并以120千克/小时的能力进行筛选。
因为该方法不需要加热或固化或干燥步骤，所以没有漫长的冷却或加热过程，批次之间的时间可以短至15分钟。
