水基粘結(jié)劑金屬3D打印技術(shù)無(wú)需脫脂，ExOne與Rapidia合作

南極熊導(dǎo)讀：憑借著低成本、批量化制造生產(chǎn)零件的優(yōu)勢(shì)，粘結(jié)劑金屬3D打印技術(shù)越來(lái)越火。特別是在Desktop Metal、通用GE、惠普HP、Exone、Markforged、Voxeljet等大型廠商的強(qiáng)力推進(jìn)下，粘結(jié)劑（特別是噴射類）金屬3D打印機(jī)有望在2021年迎來(lái)新一輪爆發(fā)。

△粘結(jié)劑金屬3D打�。�熔融擠出）

2021年2月，南極熊了解到，德國(guó)粘結(jié)劑噴射3D打印廠商ExOne與加拿大3D打印廠商Rapidia合作推出了Metal Designlab 3D打印機(jī)和X1F燒結(jié)爐，深度結(jié)合了Rapidia專有的“兩步式” 3D打印技術(shù)。
△Metal Designlab 和 X1F


水基粘結(jié)劑間接金屬3D打印技術(shù)

Rapidia在2019年推出，基于FDM / FFF熔融擠出工藝。它用水作為粘結(jié)劑（而不是聚合物），粘結(jié)打印金屬和陶瓷零件，從3D打印機(jī)上拿出來(lái)就直接進(jìn)入熔爐燒結(jié)，而無(wú)需排膠脫脂步驟。現(xiàn)在，ExOne和Rapidia已經(jīng)深度合作，雙方一起把技術(shù)產(chǎn)品推向市場(chǎng)。


△水基金屬/陶瓷3D打印零件

大多數(shù)其他“間接”金屬3D打印技術(shù)需要三個(gè)步驟（3D打印，脫脂和燒結(jié)），在燒結(jié)爐中進(jìn)行非常緩慢的熱脫脂，通常都需要3-5天才能生產(chǎn)出最終零件，燒掉聚合物粘合劑，零件厚度也受到限制。通常，采用這個(gè)技術(shù)3D打印出來(lái)的零件厚度限制為5-10毫米，影響了強(qiáng)度和性能。

相比之下，由Rapidia開發(fā)的HydroFuse糊劑會(huì)用水代替98％的粘合劑，粘合劑在打印時(shí)就會(huì)蒸發(fā)，從而實(shí)現(xiàn)了真正的Print Today，Parts Tomorrow™技術(shù)（今天打印，明天得件）。而且，此技術(shù)消除了最大零件厚度的限制。新型的ExOne Metal Designlab可以打印任何厚度的固體金屬，制造出各種苛刻的預(yù)生產(chǎn)和最終用途的高強(qiáng)度零件。

△電氣工程師Dan  Gelbart，是Rapidia的創(chuàng)始人兼總裁。Gelbart擁有西蒙弗雷澤大學(xué)和不列顛哥倫比亞大學(xué)的多個(gè)著名獎(jiǎng)項(xiàng)和榮譽(yù)博士學(xué)位；還是位于加拿大本那比的醫(yī)療設(shè)備制造商Kardium的共同創(chuàng)始人，開發(fā)了革命性的心房顫動(dòng)療法；共同創(chuàng)立了Creo Inc.，先后擔(dān)任總裁和CTO，2005年7月以10億美元的價(jià)格賣給了柯達(dá)。從包裝跟蹤技術(shù)到心房顫動(dòng)治療，他已獲得135項(xiàng)美國(guó)發(fā)明專利。南極熊太佩服這樣的人才了，渾身技術(shù)，而且還能不斷把技術(shù)產(chǎn)業(yè)化！

△剛打印完成尚未燒結(jié)的零件


△燒結(jié)前后對(duì)比


辦公級(jí)FDM / FFF金屬3D打印

Rapidia 3D打印機(jī)的工作方式類似于雙噴頭擠出的FDM / FFF 3D打印機(jī)。在打印的物體形狀方面，Rapidia可以實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)FDM 3D打印機(jī)的形狀能力。它直接把物體構(gòu)建在溫?zé)岬牟ＡТ采�，無(wú)需底座；打印原料是水基金屬糊或陶瓷粘土。

△Rapidia 的兩步式金屬/陶瓷3D打印機(jī)和燒結(jié)爐。據(jù)南極熊了解，Rapidia 3D打印機(jī)的價(jià)格為50,000美元，燒結(jié)爐的價(jià)格為80,000美元。具體技術(shù)參數(shù)與廠商聯(lián)系方式，請(qǐng)到全球3D打印產(chǎn)品庫(kù)https://product.nanjixiong.com查詢

“我們是唯一使用水基黏合金屬的3D打印系統(tǒng)” 正如Gelbart所強(qiáng)調(diào)的，這種技術(shù)的知名競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手是Desktop Metal和Markforged，不同之處在于，后兩者的金屬3D打印機(jī)“使用聚合物作為粘結(jié)劑，黏合金屬粉末”，這意味著需要脫脂。Gelbart補(bǔ)充說(shuō)：“水黏合金屬3D打印技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是，你可以放在辦公室里使用�！�

使用水性糊料作為原料，還有其他一些優(yōu)點(diǎn)：燒結(jié)前， 可以用水劑簡(jiǎn)單在零件表面刷一下，就可以讓物體更光滑；允許使用大噴嘴來(lái)加快打印速度。水性糊劑還可以采用獨(dú)特的方式，將各個(gè)部分組合在一起來(lái)創(chuàng)建復(fù)雜的對(duì)象。例如，空心物體可以分為三部分：底部，中部和頂部。一旦打印，這些部件就處于潤(rùn)濕狀態(tài)，并堆疊在一起。在熔爐中燒結(jié)后，三個(gè)部分融合在一起，形成一個(gè)完全固態(tài)的金屬整體。通過(guò)組合新工藝和預(yù)加工對(duì)象，可以制造出一體化的物體。

在熔爐中，3D打印生坯的水分會(huì)蒸發(fā)掉�；蛘咝苡涯銜�(huì)有個(gè)擔(dān)憂：這樣的話，金屬零件會(huì)不會(huì)有很大的孔隙率？根據(jù)Gelbart的說(shuō)法，“燒結(jié)后，物體為固態(tài)金屬，幾乎沒有孔隙率。” 使用聚合物作為粘結(jié)劑的工藝，脫脂的時(shí)候，由于聚合物材料蒸發(fā)掉，很容易留下孔洞，燒結(jié)時(shí)孔洞向內(nèi)塌陷消失，零件產(chǎn)生巨大的收縮和變形問(wèn)題。這就是為什么物體在燒結(jié)時(shí)會(huì)收縮的主要原因。


△3D打印的金屬熱交換器，圖片來(lái)源Umair Iftikhar

目前支持的材料包括：17-4PH型不銹鋼、316L不銹鋼、白色氧化鋁-二氧化硅陶瓷，還有鉻鎳鐵合金625、銅、氧化鋯、碳化鎢鎢、H13工具鋼、馬氏體時(shí)效鋼、氧化鋁、鈦等材料正在開發(fā)中。

產(chǎn)品參數(shù)


△3D打印機(jī)



△燒結(jié)爐