小匯總：8個噴射型金屬3D打印技術廠商對比

2019年11月，全球規(guī)模最大的3D打印專業(yè)展會FORMNEXT 2019在德國法蘭克福隆重舉行，全球超800家3D打印上下游的廠商參展。南極熊看到了多家噴射型金屬3D打印技術廠商，隨著金屬3D打印技術的不斷發(fā)展，噴射型的金屬3D打印技術已經(jīng)成為了主流方向之一，具有噴射材料范圍廣、無約束自由成形和成本低等優(yōu)點，是一種極具發(fā)展?jié)摿Φ脑霾闹圃旒夹g。

很多噴射金屬3D打印機廠商都標榜擁有低成本、高速生產(chǎn)這兩大優(yōu)勢，例如：瑞典Digital Metal、惠普、ExOne、GE 、武漢易制科技、Desktop Metal、XJet等。
下面南極熊做個小匯總，國內(nèi)外采用噴射型金屬3D打印技術廠商和其采開發(fā)的技術。

1.以色列XJet
技術：納米顆粒噴射成型技術
代表機型：Carmel 1400

△XJet Carmel 1400 M噴射金屬3D打印機

△FORMNEXT 2019南極熊實拍XJet現(xiàn)場視頻

XJET 3D打印技術的進化源泉，最開始時候惠普的平面打印技術，接著進化到Objet噴射3D打印技術（材料是石膏粉末+粘合劑+著色劑），現(xiàn)在進化到XJET 3D打印技術（材料是金屬微顆粒+粘合劑），技術路線一脈相承但又得到巨大進步。

技術：
1.將大分子金屬顆粒粉碎成納米級顆粒；

2.將納米金屬顆粒注入粘合劑，構成完整的打印墨水；

3.通過特制的噴頭將墨水噴出實現(xiàn)打印；

4.成型之后，構建室會將前面起到的粘合劑蒸發(fā)，只留下金屬部分，成型溫度約為300℃：；

特點：
①更高的產(chǎn)品精度
②更靈活的產(chǎn)品尺寸
③材料利用率高，節(jié)約成本
④直接獲得可應用的產(chǎn)品，不用打磨
⑤無需惰性氣體或者真空環(huán)境，更加安全
⑥材料選擇方便，顆粒度也可調(diào)節(jié)
⑦支撐更容易去掉
⑧整個打印流程更加簡單
但也有缺點，就是打印件對溫度的耐受能力較傳統(tǒng)金屬3D打印更低。

XJet納米顆粒噴射成型技術打印金屬樣件

這種新技術的好處之一就是能使用普通的噴墨打印頭作為工具，好處之二則是無需借助任何外力即可通過專門的技術融化去除支撐結構 — 與普通的選擇性激光燒結（SLS）金屬3D打印工藝需要以同樣的材料建立支撐相比不但更容易實現(xiàn)，能顯著減少浪費，從而降低成本，而且還能給予設計師更大的自由 — 因為它是通過融化去除的，所以理論上可以無限添加。

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2.惠普
技術：HP Metal Jet（金屬噴射）3D打印技術——voxel-level binder jetting technology（體素級粘合劑噴射技術）
代表機型：Metal Jet

△HP Metal Jet 金屬3D打印機

技術：

HP Metal Jet（金屬噴射）3D打印技術原理是，將粉末層層鋪在平臺上，然后選擇性地噴射粘合劑，使金屬粉末固化。打印結束后將零件放入爐中燒結。冷卻后可以對零件進行機加工和拋光，以滿足尺寸和表面光潔度要求。金屬打印機的每個打印頭能夠生成一個108毫米（4.25英寸）的打印帶寬，打印帶包括兩個獨立的結構，每個結構擁有5,280個噴嘴。

HP黏結劑是一種水基聚合物液體劑，通過熱噴墨打印頭噴射，粘結劑在粉末床上通過毛細作用力浸入粉末間隙，實現(xiàn)均勻分布，在高溫輻照下將金屬顆粒結合在一起，同時溶劑部分揮發(fā)。打印完成之后，零件要進爐燒結，粘結劑在此過程中分解，據(jù)惠普公開的資料顯示，零件的致密度為93%。

△FORMNEXT 2019南極熊現(xiàn)場實拍美國惠普HP視頻

惠普Metal Jet優(yōu)勢：
高效率

• 成型尺寸430 x 320 x 200 mm。
• 短短幾天內(nèi)就可以完成設計迭代，加速產(chǎn)品開發(fā)。
• 無需脫脂，無需復雜的后處理。而在金屬注射成型（MIM）中，需要長達20個小時的脫脂過程。
• HP Metal Jet解決方案，縮短流程，提高制造效率。
  

低成本

• 金屬3D打印機的價格低于399,000美元（約2,740,000人民幣，該價格為2020年HP打印機上市的預估價格）。
• HP平臺是開放式的，與低成本材料、燒結后處理方案都有著很好的兼容性。
• 很高的可重復使用率，減少材料浪費。
  

高品質

• 實現(xiàn)復雜零件的打印，精度高達1200 x 1200 dpi 。（什么是dpi呢？指的是把一英寸分為1200等份，每一份的精度）層厚可達到50至100微米。
• HP自主研發(fā)的專用粘合劑，保證金屬零件的機械強度。
• 燒結后的密度> 93％，與MIM相似。
• 嚴格的工業(yè)制造技術，實現(xiàn)穩(wěn)定、一致的打印質量。已經(jīng)達到甚至超越了ASTM行業(yè)標準（美國材料與試驗協(xié)會）。
  

△HP Metal Jet 打印樣件

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3.瑞典DigitalMetal
技術：粘合劑噴射金屬3D打印技術
代表機型：DMP2500

△DMP2500粘合劑噴射金屬3D打印機

技術：
粘結劑噴射用于3D打印復雜零件與工業(yè)級材料。它是一種增材制造過程,其中液體結合劑被存放加入金屬粉末微粒。然后將層狀材料粘合成金屬物體。通過粉末和粘結劑的分層打印。這不是一種新技術，基于粘合劑的3D打印技術是在麻省理工學院開發(fā)的，已經(jīng)20年，現(xiàn)在,因為專利已經(jīng)過期，所以得到迅猛的發(fā)展。

△FORMNEXT 2019南極熊現(xiàn)場實拍瑞典Digital Metal視頻

Digital Metal的材料在高溫和高壓下具有很高的強度和耐腐蝕性，特別適用于航空航天和汽車行業(yè)的高端應用。然而，由于固有的高凝固速率和熱梯度，常用的超合金無法進行3D打印。

Digital Meta的粘合劑噴射工藝解決了這些問題，能夠在普通環(huán)境溫度下進行3D打印，而無需加熱。此外，在單獨的燒結步驟期間，超合金在不熔化的情況下致密化，并且在從燒結溫度冷卻期間需要的溫差不大。

DMP2500：
這款機器使用金屬粉末，能進行連續(xù)生產(chǎn)，是制造定制零件的理想選擇，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。更好的是，這些打印件不需要支撐結構。這款機器也非常高效，因為它可以重新使用在燒結前清理下來的粉末。這導致了高產(chǎn)量和低廢品率，意味著停機時間將保持在*水平。此外，由于部件內(nèi)部結構發(fā)生了相對較小（但在以前是無法實現(xiàn)的）的變化，總體的產(chǎn)品效率提高了30％。

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4.GE
技術：GE噴射粘合劑金屬3D打印技術
代表機型：H2金屬3D打印機

△H1 3D打印機原型

技術：
粘合劑噴射技術使用粘合劑材料將金屬粉末顆粒粘合成特定的形狀和結構。該工藝與激光燒結工藝明顯不同，激光燒結工藝使用激光束熔化金屬粉末和熔合層，直到形成一個形狀。粘合劑噴射技術就其本身而言將特定的（和專有的）粘合劑材料沉積到平整的金屬粉末的打印床上，這使得金屬顆粒在施加膠水的任何地方粘在一起。一層一層重復，直到所需的結構（由三維模型確定）完成。

GE聲稱，其粘合劑噴射3D打印機比激光系統(tǒng)打印“速度至少快10倍”。而且，它也能夠生產(chǎn)更大的零件。該技術唯一的缺點（與激光3D打印相比）是，打印的部件需要更多的后處理。也就是說，由于金屬顆粒被簡單地粘合在一起，所以打印物體仍然相對較為脆弱，必須在工業(yè)級烘箱中固化以使金屬顆粒適當?shù)厝诤显谝黄稹?/font>

△打印樣件

粘結劑噴射技術于金屬打印的意義
1）成型材料多樣化：SLM與EBM，尤其是激光與粉末相互作用過程，涉及到粉末吸收率的問題，很多高反射金屬粉末難以熔化成型；也有很多特殊成分的粉末無法實現(xiàn)光潔成型，導致打印失敗（如一種合金，主要成分的熔點低于另一種成分的沸點）。粘結劑噴射技術的成型特點，較好的避免了這種現(xiàn)象的發(fā)生。
2）后處理更加方便：在支撐添加方面，粘結劑噴射技術也有較大的優(yōu)勢，由于采用粉末自支撐，后處理大大簡化。而且不必為了減少支撐而遷就擺放方式，盡可能按照減少時間的方向打印提高效率。
3) 打印結構更加復雜：有些空腔、封閉網(wǎng)格結構采用SLM需要添加復雜的支撐，而粘結劑噴射技術可較好的規(guī)避該問題。
4）清粉方式更加友好：粘結劑噴射技術粉末的清理不必像SLM那樣完全清理和篩分，僅需要回收裝置定點吸粉即可。
5）成型幅面更大：由于不存在大幅面失真問題，粘結劑噴射技術可實現(xiàn)大幅面成型，exone的一款金屬噴墨打印機達到了800x500x400mm的成型尺寸。
6）維護更加方便：SLM采用激光成型，須定期對激光光路進行維護，需要售后人員上門服務；同樣，EBM也存在保養(yǎng)維護的問題。而粘結劑噴射技術要簡單的多，只需要對噴頭進行清洗，簡單方便。

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5.美國Desktop Metal
技術：Desktop Metal結合金屬沉積（BMD）技術
代表機型：DM studio System、shop system

△FORMNEXT 2019南極熊現(xiàn)場實拍美國Desktop Metal視頻

△shop system3D打印系統(tǒng)

技術：

結合金屬沉積（BMD）與目前金屬3D打印最常用的激光熔融（SLM）不同（不會用到激光器，使用的材料也并非金屬粉末），與熔融沉積（FDM）類似，都是通過擠出液滴再層層堆積的方式構建3D實體的，只不過材料不是塑料，而是金屬。以金屬絲材為原材料，通過電感等方式熔化絲材，并在靜電力/磁場等作用下控制噴嘴出液滴的表面張力，在壓力等作用下將金屬液滴沉積在成形平臺上；成形過程中會控制平臺、噴射系統(tǒng)的溫度，并對形成的缺陷進行監(jiān)控并予以修復。

△鋪粉器將金屬粉末精確的鋪在打印區(qū)上，碾壓系統(tǒng)將粉末壓成頭發(fā)一樣纖細的薄層

△16000個噴頭以每秒百萬滴的速度噴射出粘合劑，將金屬粉末粘合在一起，形成高分辨率的薄層

△然后噴灑防燒結劑，幫助去除零件支撐結構，為后處理節(jié)省時間

△烤干薄層，如此反復操作

△金屬零件就被一層一層的打印出來，打印速度非�？�

△最后放到微波熔爐中進行致密化處理，也就是通過高溫加熱讓金屬粉末燒結到一起，同時去除掉剛才噴到薄層之間的粘合劑。

技術優(yōu)勢：

• 金屬3D打印機成本一定程度降低；
• 打印耗材的成本一定程度降低；
• 對于工作環(huán)境的要求會大幅度的降低。
  

studio特點：
1.安全且簡單
因為不使用激光，也避免了粉塵污染，DM studio System對任何環(huán)境來說都是安全的。與其他系統(tǒng)不同的是，DM studio System不需要第三方設備、外部通風或特殊設施，只需要電力和互聯(lián)網(wǎng)連接。

2.可分離的支撐
DM studio System專有的可分離式支撐使得可以通過手動移除支持結構。金屬后處理加工的巨大難點被完美解決。。

3.高致密度，高質量的零件
SYS的工藝技術保證了高質量的部件，密度在96%-99%之間（取決于使用的合金材料），零件的性能與鍛件類似。

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6.武漢易制
技術：3DP粉末粘合金屬3D打印技術

技術：
武漢易制3DP 粉末粘合金屬3D打印機，采用復合金屬粉末材料（包括金屬粉末基材、促燒劑、還原劑等），通過高速多射流單道成形技術噴射多組分成形劑于粉床，不需要添加額外支撐，經(jīng)過脫脂和燒結等后處理方法完成成品金屬零件的制造。
△視頻：南極熊實拍武漢易制3DP 粉末粘合金屬3D打印機

該技術不僅可以大規(guī)模生產(chǎn)金屬3D打印零部件，同時可以使零件在不同部位具有不同性能。成形劑中的粘結劑組分使粉末粘結成形，調(diào)節(jié)改性劑組分比例可以改變零件的硬度、耐磨性和耐高溫性等。例如，在零件表面增加硬度和耐磨性能。該技術對金屬粉末材料的要求不像激光熔化技術那樣高，粉末的形狀不需要是球形，橢圓形、甚至其它不規(guī)則形狀都可以，使得材料成本極大降低。顯然，該技術能顯著降低打印成本，使其成為廣泛使用的金屬制造技術，既能提供更快的生產(chǎn)速度、質量，同時還能降成本。

特點：
1、無需使用激光燒結系統(tǒng)，可直接噴印復合金屬粉末材料，不受粉末材料形狀制約；
2、無需添加支撐，可實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)金屬零件打��；
3、大幅度降低零件打印成本和加工周期；
4、具有獨特工藝，可以實現(xiàn)在零件表通過調(diào)節(jié)改性劑組分改變零件硬度、耐磨性及耐高溫性能等性能，滿足不同需求；
5、適合于航空航天、醫(yī)療、模具、鑄造、高校、研究院及材料研究等多個領域，與工業(yè)制造相銜接。
6、脫脂燒結過程中，會有一定的收縮率，可以在軟件中補償。

“微滴噴射金屬3D打印機 ”3DP技術基本原理：鋪一層粉末材料→打印頭噴出液態(tài)的黏合劑把粉末按照指定位置黏合→再鋪一層粉末材料→再黏合，如此層層堆疊黏合，直到打印出指定的零件毛坯；傳統(tǒng)3D打印技術是從點→線→面→體，而3DP技術是直接從線→面→體的成形過程。以前使用石膏粉末材料，現(xiàn)在進化成使用尼龍、金屬等粉末材料，即可制造出具有一定性能的零件。對于金屬打印來說，打印出毛坯之后，還需要加熱烘干脫黏合劑、以及高溫燒結。

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7.ExOne
技術：粘合劑噴射金屬3D打印技術
代表機型：X1 25PRO、X1 160PRO


△南極熊現(xiàn)場實拍ExOne粘合劑噴射金屬3D打印機
在FORMNEXT 2019展會上，ExOne展示出了其粘合劑噴射金屬3D打印機X1 25PRO™，X1 25PRO™是一款結合了公司的INNOVENT +精細金屬注射成型(MIM)技術和生產(chǎn)量能力的新型3D打印機。新機器的開發(fā)以MIM，粉末冶金和制造客戶為中心，非常適合批量生產(chǎn)。

△X1 25PRO能夠使用粉末冶金標準粉末生產(chǎn)高質量的零件，包括316L，304L和17-4PH不銹鋼; Inconel 718和625; M2和H11工具鋼; 鈷鉻合金; 銅; 碳化鎢鈷; 和其他的金屬合金。

△大容量生產(chǎn)級粘合劑噴射金屬3D打印機X1 25PRO™

優(yōu)勢

• 以生產(chǎn)速度制造堅如磐石的金屬零件
• 業(yè)界領先的可重復性和生胚零件密度
• 打印金屬，陶瓷，復合材料和其他粉末材料
• 專利超聲分配技術，可改善粉末流動
• 獨特的粉末鋪展和壓實系統(tǒng)，可提高最終零件的密度
• 金屬打印材料范圍廣，種類全：316L，17-4PH，304L等
  

利用X1 25PRO能夠使用粉末冶金標準粉末生產(chǎn)高質量的零件，包括316L，304L和17-4PH不銹鋼; Inconel 718和625; M2和H11工具鋼; 鈷鉻合金; 銅; 碳化鎢鈷; 和其他的金屬合金。

△粘合劑噴射金屬批量生產(chǎn)金屬3D打印機件

目前，已經(jīng)采用INNOVENT +研究和教育平臺的ExOne客戶現(xiàn)在可以擴展到基于相同粉末和技術的新型中型生產(chǎn)平臺。ExOne強調(diào)其新系統(tǒng)專注于MIM，粉末冶金和機械工程應用。Lucas補充說：“我們的X1 25PRO™采用了最先進的專利MIM粉末加工機技術，相信這些新生產(chǎn)的機器將成為市場上最靈活，性能最高的粘合劑噴射機�！�

8.Xerox施樂——Vader Systems
技術：電磁噴射金屬3D打印技術
代表機型：Polaris

2D打印巨頭施樂公司通過投資一家做液滴金屬3D打印的創(chuàng)業(yè)公司Vader Systems。Xerox施樂推出的金屬3D打印機Polaris不需要保護氣體，液滴尺寸為0.012英寸（300μm）至0.20英寸（500μm），每秒可噴射1000個液滴。打印輸出最高1磅（0.4千克）/小時。金屬線材材料價格，比SLM/EBM一類的粉末床金屬3D打印技術的粉末材料便宜約90％。

△施樂金屬3D打印技術官方宣傳視頻

△Polaris

技術

Vader Systems使用磁流體動力學（Magneto Hydro Dynamics，MHD）和液態(tài)金屬噴墨打�。↙iquid Metal Jet Printing，LMJP）合并成一種獨特的技術：Magnet-o-Jet。這是一種利用電磁力分散熔融金屬液態(tài)的技術，非常獨特，具有原創(chuàng)性。它使用金屬線材作為原料而不是粉末，并通過磁性控制液態(tài)金屬滴進行打印。在陶瓷坩堝中加熱熔化金屬絲成為液態(tài)→利用電磁脈沖將液態(tài)金屬分散成為一個個液滴→通過陶瓷噴嘴噴射出來。磁場使金屬滴精確移動到特定位置，然后堆疊成型。生產(chǎn)的零件精度很高，并具有各向同性的材料特性。

  

△金屬液滴堆積過程

  

△打印出特定形狀的金屬零件

  

△復雜的噴頭部位

現(xiàn)有市場上的金屬焊接一類的線材，成本比較低，并且應用廣泛；通過獨特的技術去打印這些材料，可以成為一種通用的基礎技術。如果把多個液體滴金屬打印噴頭排列成為陣列，或者一個噴頭都可以噴射不同的材料種類，應用前景就會更為廣闊。目前，他們支持的材料有幾種鋼（316、718）以及鋁等金屬。

△視頻：南極熊現(xiàn)場實拍施樂金屬3D打印機

Xerox對施樂金屬技術的前景感到興奮，他說，“我們在現(xiàn)在這個市場環(huán)境下進入行業(yè)，是非常正確的；我們已經(jīng)布局了大量的專利，可以讓我們在這個技術領域保持長期的競爭力。”

  △Xerox施樂液態(tài)金屬3D打印樣件

Vader液滴金屬3D打印技術之所以被看好，是因為它可以使用低成本的像鋁一樣的普通金屬線材，并且不需要單獨的燒結后處理步驟。對于所有粘合劑噴射金屬3D打印初創(chuàng)企業(yè)而言，燒結工藝具有非常大的難度：
①零件收縮率不均勻，無法很好地預測；
②不同打印件燒結使用的加熱曲線和工藝，會因為零件的幾何形狀、壁厚、尺寸而有所不同；
③不同材料，燒結工藝差別也很大。

Vader液滴金屬3D打印技術，避開了脫脂、燒結這種復雜的工藝過程，而且還大大降低了成本，所以Xerox決定了將會持續(xù)加大投入。由于Xerox是全球噴射技術的領導者之一，擅長把材料噴射打印到精確的位置，所以是這個技術非常合適的推動者。

金屬噴射 3D 打印技術具有噴射材料范圍廣、無約束自由成形和無需昂貴專用設備等優(yōu)點, 是一種極具發(fā)展?jié)摿Φ脑霾闹圃旒夹g。

新的技術流派