BJ粘結劑噴射技術——驅動工業(yè)制造升級的新質生產力

來源：三帝科技

在當今工業(yè)制造領域，技術的革新正以前所未有的速度推動著產業(yè)升級。其中，粘結劑噴射（BJ）技術，因其無模制造、高效率、低成本、大尺寸零部件制造等優(yōu)勢，正在改變傳統(tǒng)的生產模式，并展現(xiàn)出批量產業(yè)化應用的巨大潛力，成為賦能傳統(tǒng)產業(yè)的新質生產力。

近年來，隨著材料體系的豐富和技術工藝的不斷突破，BJ技術迅猛增長。據(jù)SmarTech預測，至2030年，全球BJ技術的產值可達540億美元（約3500億人民幣）。BJ粘結劑噴射是一種基于粉末床工藝和噴墨原理的3D打印技術，打印出的原型件（綠坯）采用MIM（金屬注射成形）技術中的脫脂、燒結工藝完成粘結劑脫除和坯體的致密化，得到最終零件。作為一種高效率、低成本的3D打印技術，BJ技術既綜合了3D打印的自由度和效率優(yōu)勢，也兼容了粉末冶金標準化的材料體系。因而在提升傳統(tǒng)粉末冶金的制造能力、降低成本、加快研發(fā)周期以及實現(xiàn)復雜結構、大尺寸產品制造方面可發(fā)揮重要作用。

△圖片來自：Colibrium Additive / GKN Additive

國際大廠看好BJ技術的市場潛力，紛紛入局。GE通用電氣自2016年開始布局BJ技術，后旗下Colibrium Additive推出Series 3金屬粘結劑噴射系統(tǒng)。與汽車制造商合作生產輕量化、高性能的汽車零部件，提升整車性能。HP惠普基于熱噴墨（TIJ）專業(yè)經驗，于2018年推出HP Metal Jet技術，并在4年后推出HP Metal Jet S100金屬打印解決方案。GKN Additive采用HP Metal Jet技術進行汽車和工業(yè)零部件的批量生產，MIM行業(yè)領導者Parmatech采用HP Metal Jet技術用于復雜形狀的精密手術工具的制造。

△三帝科技BJ金屬/陶瓷打印機3DPTEK-J160R、3DPTEK-J400P/800P

作為制造業(yè)大國，中國對BJ技術的市場需求更為迫切。國內領先的3D打印裝備與快速制造服務提供商北京三帝科技股份有限公司自主掌握BJ技術設備、材料、工藝等關鍵技術，在小粒徑粉體鋪放、粉床致密度提升、高尺寸精度控制、粘結劑材料體系開發(fā)、脫脂燒結工藝等方面具備成熟的技術和經驗。公司自主研制的3DPTEK-J160R/J400P/J800P系列化粘結劑噴射打印設備及其成型工藝，集成了精準供料系統(tǒng)、高致密鋪粉系統(tǒng)和高精度噴墨打印控制系統(tǒng)，解決了小粒徑低流動性粉末鋪放與成型致密度關鍵共性技術，突破了高分辨率、高精度噴墨控制關鍵技術，可實現(xiàn)800-1200dpi高分辨率打印成型，成型精度優(yōu)于±0.1mm，成型效率最高可達3600cc/h，相關技術指標達到國際先進水平。

  

△BJ金屬樣件

三帝科技在多年BJ技術研究中逐步形成了健全的粘結劑材料成型工藝體系�；�于水基環(huán)保型粘結劑和溶劑基高效粘結劑兩大種類形成的20余種工藝配方，對粘結劑理化特性、粘結劑與粉末的相互作用進行了系統(tǒng)性研究分析，開發(fā)相應的成型工藝和脫脂燒結等后處理工藝，實現(xiàn)了適用于不銹鋼、工模具鋼、鈦合金、銅合金、高溫合金、硬質合金等金屬材料，碳化硅（SiC）等陶瓷材料以及PMX晶態(tài)蠟、無機鹽、食品、藥品、高分子復合材料等非金屬材料的成型工藝。同時，通過對高致密度脫脂燒結成型工藝的系統(tǒng)研究，實現(xiàn)了對脫脂燒結過程中金屬與陶瓷產品的控形與控性，對脫脂燒結后的成品質量實現(xiàn)精準把控，產品性能優(yōu)于MIM國際材料標準的力學性能。

  

△BJ陶瓷樣件

在實現(xiàn)自主技術創(chuàng)新的同時，三帝科技逐步完成BJ標準制造工藝流程的搭建，并在全國建立分布式打印服務中心，為客戶研制基于BJ技術的產品制造工藝，推動其走向市場應用。此外，公司聯(lián)合深圳職業(yè)技術大學共建了增材制造技術聯(lián)合實驗室，聯(lián)合深圳清華大學研究院、上海交通大學、北京科技大學等科研院所相關團隊共同開展粘結劑噴射成型等材料、工藝與應用的基礎技術研究，推動在工業(yè)模具、刀具、3C電子等產品，及復雜、異形大尺寸陶瓷產品等領域的產業(yè)化應用。

3C電子領域，產品日趨多樣化、復雜化、精細化的市場需求對制造技術提出了挑戰(zhàn)，傳統(tǒng)制造技術存在制造難度大、良品率低、成本高等眾多局限，尤其是鈦合金等難加工輕質材料實現(xiàn)難度更高。三帝科技成功突破傳統(tǒng)鈦合金成形制造技術壁壘，基于BJ技術實現(xiàn)了鈦合金等活潑金屬的快速成型制造，實現(xiàn)復雜結構3C電子產品零部件快速近凈成形的同時簡化了制造工藝，降低了生產制造成本。

△基于三帝科技自主BJ技術制造的典型3C產品零部件，最小結構尺度0.4mm，燒結后致密度優(yōu)于99%

食品藥品領域，針對日益增長的多元化、個性化、精準化飲食市場需求，三帝科技聯(lián)合中國農科院農產品加工研究所，基于自主研發(fā)的BJ設備，開展技術裝備適配性研究與裝備集成，研發(fā)以食品水凝膠為原料的易吞咽食品和以食品基顆粒為原料的特殊造型食品，并對其安全性、可靠性等進行綜合評價，最終實現(xiàn)個性化食品增材制造與智能化加工裝備的產業(yè)化示范應用。

模具領域，針對具有復雜型面、精細紋理結構模具制造難度大的問題，基于三帝科技BJ技術可實現(xiàn)300mm×200mm×150mm尺度范圍內高復雜度、高精細度的金屬模具制造，最小紋理表達尺度約0.26-0.3mm，同時突破大尺寸非典型結構金屬零部件燒結致密化技術，實現(xiàn)了控形控性燒結，燒結性能滿足實際應用需求。
隨著技術的不斷進步和創(chuàng)新，BJ技術有望在未來的工業(yè)制造中扮演更加關鍵的角色，其對制造成本、效率和品質的積極影響，也必將進一步推動這一技術在3C電子、模具、汽車、五金、工具、刀具、醫(yī)療器械、運動器材等行業(yè)形成千億級規(guī)模的產業(yè)化應用。

關于三帝科技
北京三帝科技股份有限公司(3D Printing Technology, Inc. )是一家3D打印裝備與快速制造服務提供商，國家級“專精特新”小巨人企業(yè)，工信部增材制造典型應用場景供應商。同時擁有激光和粘結劑噴射3D打印設備和材料技術及應用工藝，業(yè)務涵蓋3D打印裝備、原材料的研發(fā)及生產、金屬成品件快速制造服務、3D打印工藝技術支持服務等，建立了完整的3D打印快速制造產業(yè)鏈，廣泛應用于航空航天、船舶泵閥、汽車、能源動力、工業(yè)機械、軌道交通、3C電子、教育科研、雕塑文創(chuàng)、康復醫(yī)療等行業(yè)。