水基粘結劑金屬3D打印技術無需脫脂，ExOne與Rapidia合作

南極熊導讀：憑借著低成本、批量化制造生產(chǎn)零件的優(yōu)勢，粘結劑金屬3D打印技術越來越火。特別是在Desktop Metal、通用GE、惠普HP、Exone、Markforged、Voxeljet等大型廠商的強力推進下，粘結劑（特別是噴射類）金屬3D打印機有望在2021年迎來新一輪爆發(fā)。

△粘結劑金屬3D打�。�熔融擠出）

2021年2月，南極熊了解到，德國粘結劑噴射3D打印廠商ExOne與加拿大3D打印廠商Rapidia合作推出了Metal Designlab 3D打印機和X1F燒結爐，深度結合了Rapidia專有的“兩步式” 3D打印技術。
△Metal Designlab 和 X1F


水基粘結劑間接金屬3D打印技術

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


△水基金屬/陶瓷3D打印零件

大多數(shù)其他“間接”金屬3D打印技術需要三個步驟（3D打印，脫脂和燒結），在燒結爐中進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，采用這個技術3D打印出來的零件厚度限制為5-10毫米，影響了強度和性能。

相比之下，由Rapidia開發(fā)的HydroFuse糊劑會用水代替98％的粘合劑，粘合劑在打印時就會蒸發(fā)，從而實現(xiàn)了真正的Print Today，Parts Tomorrow™技術（今天打印，明天得件）。而且，此技術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生產(chǎn)和最終用途的高強度零件。

△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和不列顛哥倫比亞大學的多個著名獎項和榮譽博士學位；還是位于加拿大本那比的醫(yī)療設備制造商Kardium的共同創(chuàng)始人，開發(fā)了革命性的心房顫動療法；共同創(chuàng)立了Creo Inc.，先后擔任總裁和CTO，2005年7月以10億美元的價格賣給了柯達。從包裝跟蹤技術到心房顫動治療，他已獲得135項美國發(fā)明專利。南極熊太佩服這樣的人才了，渾身技術，而且還能不斷把技術產(chǎn)業(yè)化！

△剛打印完成尚未燒結的零件


△燒結前后對比


辦公級FDM / FFF金屬3D打印

Rapidia 3D打印機的工作方式類似于雙噴頭擠出的FDM / FFF 3D打印機。在打印的物體形狀方面，Rapidia可以實現(xiàn)標準FDM 3D打印機的形狀能力。它直接把物體構建在溫熱的玻璃床上，無需底座；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打印機和燒結爐。據(jù)南極熊了解，Rapidia 3D打印機的價格為50,000美元，燒結爐的價格為80,000美元。具體技術參數(shù)與廠商聯(lián)系方式，請到全球3D打印產(chǎn)品庫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所強調(diào)的，這種技術的知名競爭對手是Desktop Metal和Markforged，不同之處在于，后兩者的金屬3D打印機“使用聚合物作為粘結劑，黏合金屬粉末”，這意味著需要脫脂。Gelbart補充說：“水黏合金屬3D打印技術的優(yōu)點是，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：燒結前， 可以用水劑簡單在零件表面刷一下，就可以讓物體更光滑；允許使用大噴嘴來加快打印速度。水性糊劑還可以采用獨特的方式，將各個部分組合在一起來創(chuàng)建復雜的對象。例如，空心物體可以分為三部分：底部，中部和頂部。一旦打印，這些部件就處于潤濕狀態(tài)，并堆疊在一起。在熔爐中燒結后，三個部分融合在一起，形成一個完全固態(tài)的金屬整體。通過組合新工藝和預加工對象，可以制造出一體化的物體。

在熔爐中，3D打印生坯的水分會蒸發(fā)掉�；蛘咝苡涯銜�有個擔憂：這樣的話，金屬零件會不會有很大的孔隙率？根據(jù)Gelbart的說法，“燒結后，物體為固態(tài)金屬，幾乎沒有孔隙率。” 使用聚合物作為粘結劑的工藝，脫脂的時候，由于聚合物材料蒸發(fā)掉，很容易留下孔洞，燒結時孔洞向內(nèi)塌陷消失，零件產(chǎn)生巨大的收縮和變形問題。這就是為什么物體在燒結時會收縮的主要原因。


△3D打印的金屬熱交換器，圖片來源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



△燒結爐