国家重点专项｜支持BJ金属3D打印技术打破应用界限！用于航空航天、能源等领域！

3D打印技术参考注意到，在“十四五”国家重点研发计划“增材制造与激光制造”重点专项2024年度项目申报指南-关键技术与装备中，出现了粘结剂喷射金属增材制造技术与装备的项目。相关研究内容为，围绕航空航天、能源动力等领域高效率、高质量增材制造的迫切需求，开展金属粘结剂喷射高效高质增材制造技术研究。

无独有偶，在RAPID + TCT展会期间，3D打印技术参考注意到Desktop Metal公司展示了各种大型和小型喷气发动机涡轮叶片。这些零件在其生产级系统上打印，并在全新的PureSinter炉中烧结，展示了成功粘结、喷射和烧结镍基合金，打印较大部件的能力。

DM采用粘结剂喷射3D打印制造的高温合金叶片

打破应用界限，有迫切需求

对于本次指南建议立项项目和DM新推出的行业应用应注意到几个关键点。

首先是所要求应用的领域均是高端行业，这远远超出了粘结剂喷射金属3D打印技术当前的应用界限。虽如此，但却并不是无迹可寻。近些年来，粘结剂喷射金属3D打印应用从类别上包括工具制造、原型制造以及最终用途零件制造。前两项自不必多做介绍，最终产品的制造宣传较多的有制造高尔夫球头（惠普）、散热器（理光）、表壳（苹果测试）以及飞行部件（法国航空航天和国防承包商JPB Système）。因此，从应用界限上来说，粘结剂喷射正在打破工具制造和原型制造的类别差异，这与主流3D打印技术的发展轨迹一致。

其次，指南特意指出了对高效率和高质量制造增材制造有迫切需求。粘结剂喷射金属3D打印一直以来被认为是可以实现低成本批量3D打印的工艺类型，其满足了高效率的要求，但对于高质量制造业内一直存在质疑。尤其对于这些高端应用，均涉及严格的标准和认证要求，采用粘结剂喷射3D打印造上述领域的零件，面临多个方面的挑战。

DM采用粘结剂喷射3D打印制造的高温合金叶片

挑战：技术、材料、工艺、质量控制

这些挑战涉及技术、材料、工艺、质量控制以及实际应用等多个层面。因此将其作为重点难题进行攻克，便可理解，同时也说明政策层面正在鼓励和推动该技术的进一步发展。

一、技术挑战

1. 粘结剂的选择与控制

粘结剂种类与性能：粘结剂的种类（有机或无机）、粘度、喷射量、表面张力、干燥时间等参数会直接影响金属零件的形成质量和后续烧结过程。因此，需要选择与金属粉体相容且易于去除或烧结的粘结剂，以提高零件强度和脱脂效果。

控制精度：在喷射过程中，需要精确控制粘结剂的喷射量和位置，以确保零件的精度和一致性。

2. 烧结过程的优化

收缩与变形：烧结过程中，零件会发生收缩和变形，这可能导致零件尺寸不准确或产生裂纹等缺陷。因此，需要优化烧结工艺，包括烧结温度曲线、保护气氛等，以减少收缩和变形。

质量控制：烧结后的零件需要进行质量检测，以确保其满足航空航天、能源动力和兵器部件的严格要求。这包括密度、强度、硬度、耐腐蚀性等多种性能指标的检测。

3. 打印设备与工艺稳定性

设备精度与稳定性：打印设备需要具有高分辨率、高稳定性和高自动化程度，以确保打印过程的精确性和可靠性。同时，设备需要定期维护和校准，以保持其性能稳定。

工艺参数优化：需要优化层厚、墨量、加热温度等打印参数，以提高零件密度和强度，并控制几何尺寸和表面质量。

Colibrium Additive粘结剂喷射金属3D打印机

二、材料挑战

1. 材料选择与性能

材料种类：理论上任何可以以粉体形式进行铺粉打印的材料都可以通过粘结剂喷射打印技术进行制造。然而，在实际应用中，需要选择具有良好流动性、高容重和低亲水性的金属粉体，以确保成形效果和结构完整。

材料性能：由于粘结剂喷射工艺打印出来的零件一般具有较低的密度和强度，可能需要通过添加增强相、改变颗粒分布、调节孔隙率等方法来提高其力学性能和功能性能。

2. 材料成本

某些高性能材料（如钛合金、镍基合金等）的成本较高，这会增加制造成本。因此，在选择材料时需要综合考虑性能、成本和可加工性等因素。

三、工艺挑战

1. 后处理复杂性

粘结剂喷射3D打印的零件需要经过脱脂和烧结等后处理步骤才能获得最终产品。这些后处理步骤可能会增加生产过程的复杂性和成本。需要根据不同材料选择合适的后处理方法，如干燥、渗透或浸渍处理、脱脂和高温烧结等，以增强模型的最终性能和精度控制。

2. 生产效率与成本

尽管粘结剂喷射3D打印技术具有高速、低成本的特点，但在大规模生产中仍需要提高生产效率并降低生产成本。这包括优化打印参数、提高设备利用率、减少材料浪费、提高坯体强度减少废件等措施。

四、质量控制挑战

1. 一致性控制

需要确保批量生产的零件具有一致的性能和质量。这需要对打印过程、烧结过程以及后处理过程进行严格控制和管理。

2.标准与认证

航空航天、能源和兵器部件需要满足严格的标准和认证要求。因此，在采用粘结剂喷射3D打印技术制造这些部件时，需要确保产品符合相关标准和认证要求。

在国内方面，粘结剂喷射金属3D打印技术的国内供应商主要包括三帝科技、峰华卓立、易制科技、复志科技（烧结炉）等。对于产业化的应用，目前仍在探索阶段。

总的来说，采用粘结剂喷射3D打印制造高端应用部件面临多方面的挑战。为了克服这些挑战，需要不断进行技术创新和工艺优化，提高设备精度和稳定性，优化材料选择和性能，加强质量控制和管理，以确保产品满足上述领域的严格要求。

注：本文内容由3D打印技术参考整理编辑，转载请点击转载须知。