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五、粘合剂喷射

△粘合剂喷射

粘合剂喷射是一种 3D 打印工艺，其中液体粘合剂选择性地粘合一层粉末的区域。该技术类型兼有粉末床熔合和材料喷射的特点。与 PBF 类似，粘合剂喷射使用粉末材料（金属、塑料、陶瓷、木材、糖等），并且与材料喷射一样，液体粘合剂聚合物从喷墨器沉积。无论是金属、塑料、沙子还是其他粉末材料，粘合剂喷射过程都是相同的。

首先，重涂刀片在构建平台上涂抹一层薄薄的粉末。然后，带有喷墨喷嘴的打印头在床上方经过，选择性地沉积粘合剂液滴以将粉末颗粒粘合在一起。层完成后，构建平台向下移动，刀片重新涂覆表面。然后重复该过程，直到整个部分完成。

粘合剂喷射的独特之处在于打印过程中没有热量。粘合剂充当将聚合物粉末粘合在一起的胶水。打印后，零件被包裹在未使用的粉末中，通常会留下来固化。然后将零件从粉末仓中取出，收集多余的粉末并可重复使用。从这里开始，根据材料的不同，需要进行后处理，但沙子除外，沙子通常可以直接从打印机中用作型芯或模具。当粉末是金属或陶瓷时，涉及加热的后处理会熔化掉粘合剂，只留下金属。塑料零件后处理通常包括涂层以改善表面光洁度。您还可以抛光、涂漆和打磨聚合物粘合剂喷射部件。

粘合剂喷射速度快且生产率高，因此与其他 AM 方法相比，它可以更经济高效地生产大量零件。金属粘合剂喷射可用于多种金属，在最终用途消费品、工具和批量备件中很受欢迎。然而，聚合物粘合剂喷射的材料选择有限，并且生产的部件结构性能较低。它的价值在于能够制作全彩原型和模型。

●3D打印技术的子类型：金属粘合剂喷射、聚合物粘合剂喷射、砂粘合剂喷射

●材料：沙子、聚合物、金属、陶瓷等。

●尺寸精度：±0.2 毫米（金属）或±0.3 毫米（沙子）

●常见应用：功能性金属零件、全彩模型、砂铸件和模具

●优势：低成本、大构建体积、功能性金属部件、出色的色彩再现、快速打印速度、无支撑设计灵活性

●缺点：对金属来说是一个多步骤的过程，聚合物部件不耐用

1.金属粘合剂喷射

△惠普使用金属喷射技术的不锈钢 3D 打印部件

Binder Jetting 还可用于制造具有复杂几何形状的固体金属物体，这远远超出了传统制造技术的能力。金属粘合剂喷射是一种非常有吸引力的技术，可用于批量生产金属零件并实现轻量化。由于粘合剂喷射可以打印具有复杂图案填充而不是实体的零件，因此所得零件的重量大大减轻，但强度却保持不变。粘合剂喷射的孔隙率特征也可用于实现医疗应用的较轻端部件，例如植入物。

总的来说，金属粘结剂喷射零件的材料性能与金属注射成型生产的金属零件相当，是金属零件批量生产中应用最广泛的制造方法之一。此外，粘合剂喷射部件表现出更高的表面光滑度，尤其是在内部通道中。

△金属粘合剂喷射 3D 打印机为最终用途应用生产精细精细的固体金属部件

金属粘合剂喷射部件需要在打印后进行二次加工才能获得良好的机械性能。刚从打印机出来，零件基本上由用聚合物粘合剂粘合在一起的金属颗粒组成。这些所谓的“素坯部件”很脆弱，无法按原样使用。打印零件从金属粉末床中取出（称为脱粉的过程）后，它们将在炉中进行热处理（称为烧结的过程）。打印参数和烧结参数都针对特定部件的几何形状、材料和所需密度进行了调整。有时使用青铜或其他金属来渗透粘合剂喷射部件中的空隙，从而实现零孔隙率。

2.塑料粘合剂喷射

△塑料粘合剂喷射

塑料粘合剂喷射是一种与金属粘合剂喷射非常相似的工艺，因为它也使用粉末和液体粘合剂，但应用却大不相同。打印完成后，塑料部件会从其粉末床中取出并进行清洁，通常无需进一步处理即可使用，但这些部件缺乏 3D 打印工艺中的强度和耐用性。塑料粘合剂喷射部件可以填充另一种材料以提高强度。使用聚合物进行粘合剂喷射因其能够生产用于医学建模和产品原型的多色部件。

3.砂粘合剂喷射

△砂粘合剂喷射

砂粘合剂喷射与塑料粘合剂喷射在打印机和打印流程上有所不同，所以这里将其进行区分。生产大型砂铸模具、模型和型芯是粘合剂喷射技术最常见的用途之一。该工艺的低成本和速度使其成为铸造厂的绝佳解决方案，因为使用传统技术很难在几小时内生产精细图案设计。

工业发展的未来不断对代工厂和供应商提出高要求。沙子3D打印正处于其潜力的开端。打印后，打印人员需要将型芯和模具从构建区域移除并清洁以去除任何松散的沙子。模具通常可以立即准备好进行铸造。铸造后，模具被拆开，最终的金属部件被移除。

4.多射流融合 (MJF)

△巴斯夫和惠普合作为 MJF 开发了一种新型工业级聚丙烯

另一种独特且品牌特定的 3D 打印工艺不容易归入任何现有类别，实际上也不是粘合剂喷射，这就是HP 的Multi Jet Fusion。MJF 是一种聚合物 3D 打印技术，使用粉末材料、液体融合材料和细化剂。它不被认为是粘合剂喷射的原因是在这个过程中增加了热量，这会产生强度和耐用性更高的部件，而且液体并不完全是粘合剂。该过程的名称来源于执行打印过程的多个喷墨头。

在 Multi Jet Fusion 打印过程中，打印机在打印床上铺设一层材料粉末，通常是尼龙。在此之后，喷墨头穿过粉末并将熔化剂和细化剂沉积在其上。然后红外线加热装置在打印品上移动。无论在何处添加助熔剂，下层都会熔化在一起，而带有细化剂的区域仍保持粉末状。粉状部分脱落，产生所需的几何形状。这也消除了对建模支持的需要，因为下层支持打印在它们上面的层。为了完成打印过程，整个粉末床以及其中的打印部件被移动到一个单独的处理站，大部分松散的未熔融粉末被抽真空，可以重复使用。

Multi Jet Fusion 是一种多功能技术，已在汽车、医疗保健和消费品等多个行业中得到应用。

△HP Jet Fusion 5200 系列是 HP Multi Jet Fusion 3D 打印机的多种尺寸和样式之一（来源：惠普）

六、粉末定向能量沉积

定向能量沉积 (DED) 是一种 3D 打印工艺，金属材料在沉积的同时被强大的能量供给和熔化。这是最广泛的 3D 打印类别之一，包含许多子类别，具体取决于材料的形式（线材或粉末）和能量类型（激光、电子束、电弧、超音速、热量等）。从本质上讲，与焊接有很多共同点。

该技术用于逐层打印，通常随后进行 CNC 加工，以实现更严格的公差。DED 与 CNC 的结合使用非常普遍，有一种称为混合 3D 打印的 3D 打印子类型，在同一台机器中包含 DED 和 CNC 单元的混合 3D 打印机。该技术被认为是一种更快、更便宜的小批量金属铸件和锻造件的替代品，以及用于海上石油和天然气行业以及航空航天、发电和公用事业行业应用的关键维修。

△DED 金属 3D 打印技术可以快速创建一个坚固的金属部件，然后可以加工到严格的公差

●定向能量沉积的子类型：粉末激光能量沉积、线弧增材制造 (WAAM)、线电子束能量沉积、冷喷涂

●材料：各种金属，线材和粉末形式

●尺寸精度：±0.1 mm

●常见应用：修复高端汽车/航空航天部件、功能原型和最终部件

●优势：高堆积率，能够向现有组件添加金属

●缺点：由于无法制作支撑结构而无法制作复杂的形状，通常表面光洁度和精度较差

1.激光定向能量沉积

△使用激光和粉末金属的 3D 打印金属

激光定向能量沉积 (L-DED)，也称为激光金属沉积 (LMD) 或激光工程净成形 (LENS)，使用通过一个或多个喷嘴送出金属粉末或金属丝，并通过强大的激光熔化构建平台或金属部件上。随着喷嘴和激光的移动或零件在多轴转盘上的移动，物体会逐层堆积。构建速度比粉末床熔化更快，但会导致表面质量降低和精度显着降低，通常需要大量的后加工。激光 DED 打印机通常具有充满氩气的密封室以避免氧化。在处理反应性较低的金属时，它们还可以仅使用局部氩气或氮气进行操作。

该工艺中常用的金属包括不锈钢、钛和镍合金。这种打印方法通常用于修复高端航空和汽车部件，例如喷气发动机叶片，但也用于生产整个部件。

△Meltio M450 送丝激光 DED 3D 打印机、Optomec LENS CS 600 金属粉末送料激光 DED 3D 打印机和 DMG Mori Lasertec 65 DED 送粉激光 DED 3D 打印机。

2.电子束定向能量沉积

△电子束 DED 3D 打印

电子束 DED，也称为线电子束能量沉积，是一种与激光 DED 非常相似的 3D 打印工艺。它是在真空室中进行的，可以生产出非常干净、高质量的金属。当一根金属丝通过一个或多个喷嘴时，它会被电子束熔化。层是单独构建的，电子束形成一个微小的熔池，焊丝由送丝机送入熔池。在处理高性能金属和活性金属（例如铜、钛、钴和镍合金）时，选择电子束用于 DED。

DED 机器实际上在打印尺寸方面不受限制。例如，3D 打印机制造商 Sciaky 拥有一台 EB DED 机器，可以以每小时 3 到 9 公斤材料的速度生产近 6 米长的零件。电子束 DED 被吹捧为制造金属部件最快的方法之一，尽管不是最精确的，这使其成为构建大型结构（例如机身）或替换零件（例如涡轮叶片）的理想加工技术。

△线材电子束沉积3D打印

3.线控能量沉积

△Gefertec 电弧增材制造 (WAAM) 打印

Wire Directed Energy Deposition，也称为Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM)，是一种 3D 打印，它使用等离子或电弧形式的能量来熔化线材形式的金属，并通过机械臂将金属一层一层地沉积到表面，例如多轴转盘，形成一个形状。之所以选择这种方法而不是选择激光或电子束的类似技术，是因为它不需要密封室，并且可以使用与传统焊接相同的金属（有时是完全相同的材料）。

电直接能量沉积被认为是 DED 技术中最具成本效益的选择，可以使用现有的弧焊机器人和电源，因此进入门槛相对较低。但与焊接不同，这项技术使用复杂的软件来控制过程中的一系列变量，包括机械臂的热管理和工具路径。这种技术没有要移除的支撑结构，成品零件通常在必要时经过 CNC 加工以达到严格的公差或表面抛光。

△Gefertec 和 WAAM3D 的线弧增材制造 3D 打印机。

4.冷喷涂

△冷喷涂

冷喷涂是一种 DED 3D 打印技术，以超音速喷涂金属粉末，以在不熔化的情况下将它们结合起来，几乎不会产生热裂纹或热应力。自 2000 年代初以来，它一直被用作涂层工艺，但最近，几家公司已将冷喷涂用于增材制造，因为它可以以比典型金属3D工艺高 50 到 100 倍的速度进行打印，并且不需要惰性气体或真空室。

与所有 DED 工艺一样，冷喷涂不会产生表面质量或细节都很好的打印件，但零件可以直接从打印床上使用。

5.熔融直接能量沉积

△熔融直接能量沉积：使用 Xerox 的 ElemX 3D 液态金属打印制作的铝制部件

熔融直接能量沉积是一种 3D 打印工艺，它使用热量熔化金属（通常是铝），然后将其逐层沉积在构建板上以形成 3D 物体。该技术与金属挤出 3D 打印的不同之处在于，挤出使用内部含有少量聚合物的金属原料，使金属可挤出。然后在热处理阶段去除聚合物，而熔融DED用纯金属。人们也可以将熔融或液态 DED 比作材料喷射，但不是一系列喷嘴沉积液滴，液态金属通常从喷嘴流出。

这项技术的变体正在开发中，熔融金属 3D 打印机很少见。使用热量熔化然后沉积金属的好处是能够使用比其他DED工艺更少的能量，并可能直接使用回收金属作为原料，而不是金属丝或高度加工的金属粉末。

七、片材层压

△片材层压

片材层压在技术上是3D打印的一种形式，与上述技术有很大不同。它的功能是将非常薄的材料片堆叠和层压在一起以产生 3D 物体或堆叠，然后通过机械或激光切割以形成最终形状。材料层可以使用多种方法融合在一起，包括加热和声音，具体取决于材料，材料范围从纸张、聚合物到金属。当零件被层压然后激光切割或加工成所需的形状时，会产生比其他3D打印技术更多的浪费。

制造商使用薄片层压以相对较高的速度生产具有成本效益的非功能性原型，可用于电池技术、生产复合材料，因为所使用的材料可以在打印过程中互换。

●3D 打印技术的类型：层压物体制造 (LOM)、超声波固结 (UC)

●材料：纸张、聚合物和片状金属

●尺寸精度：±0.1 mm

●常见应用：非功能原型、多色打印、铸模。

●优点：可以快速生产，复合打印

●缺点：精度低，浪费多，部分零件需要后期制作

层压增材制造

△层压增材制造

层压是一种 3D 打印技术，其中将材料片层叠在一起并使用胶水粘合在一起，然后使用刀（或激光或 CNC 路由器）将分层物体切割成正确的形状。该技术如今不太常见，因为其他 3D 打印技术的成本已经下降、速度和易用性大幅增加。

△BCN3D 使用树脂的粘性光刻制造 (VLM) 3D 打印工艺（来源：BCN3D）

粘性光刻制造 (VLM)：VLM 是 BCN3D 的专利 3D 打印工艺，可将高粘度光敏树脂薄层层压到透明转移膜上。机械系统允许树脂从薄膜的两面层压，从而可以组合不同的树脂以获得多材料部件和易于拆卸的支撑结构。这项技术尚未商业化，但也可以属于其中一种层压3D 打印技术。

基于复合材料的增材制造 (CBAM)：Startup Impossible Objects 为这项技术申请了专利，该技术将碳、玻璃或 Kevlar 垫与热塑性塑料融合在一起以制造零件。

选择性层压复合材料制造 (SLCOM)：EnvisionTEC，现称为 ETEC，归 Desktop Metal 所有，于 2016 年开发了这项技术，该技术使用热塑性塑料作为基础材料和编织纤维复合材料。

注：3D打印技术的种类很多，以上是3D打印中最常见的七大类增材制造技术，并未覆盖市场上全部的3D打印技术。