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粘合剂喷射成形技术

伴随着GE对Arcam和SLMSolutions的收购风波，3D打印家族中的粉床熔

化成形工艺奠定了在媒体界宠儿的地位。粉床熔化成形工艺在成形制造全密度

结构的材料，特别是金属材料，具有其独特的优势。不过，在3D打印这个领

域，可谓是一个藤上七朵花。今天要讲到的是粘合剂喷射成形技术，这种工艺

可以成形金属、陶瓷、砂模等多种不同材料、不同功能的器件。靖哥有幸请到

博士生白云，为大家专业解读粘合剂喷射成形技术的方方面面。

粘合剂喷射成形技术

BinderJetting顾名思义是一种通过喷射粘合剂使粉末成型的增材制造技

术。和许多激光烧结技术类似，BinderJetting也使用粉床（powderbed）作

为基础；但不同的是，该技术使用喷墨打印头将粘合剂喷到粉末里,从而将一层

粉末在选择的区域内粘合，每一层粉末又会同之前的粉层通过粘合剂的渗透而

结合为一体，如此层层叠加制造出三维结构的物体。BinderJetting可以用于高

分子材料、金属、陶瓷材料的制造，当用于金属和陶瓷材料时，通过喷墨打印

（inkjetprinting）成型的原型件（greenpart）需要通过高温烧结

（sintering）将粘合剂去除并实现粉末颗粒之间的融合与连接，从而得到有一

定密度与强度的成品。

BinderJetting的发明要追溯到80年代末和90年代初，主要归功于MIT的

两个教授（EmanuelSachsMichaelCima）。起初这项技术的专利名称叫

做Three-dimensionalPrinting，作者推测可能是由于粘合剂喷射的过程与普

通家用喷墨打印机的过程极为相似，只是打印材料由纸变为了粉末，才有了这

样一个名字。由于3D打印这个名字后来被广泛的用到了其他增材制造技术的身

上，更多人选择使用ASTM标准所定制的名字-BinderJetting，但这也导致一些

人对这个名字感到陌生。

BinderJetting的应用

原型全彩打印

当BinderJetting的技术在MIT的实验室实现之后便被迅速的转化为了专

利，在90年代被多家公司根据不同材料取得使用权（license）并商业化。在取

得非金属材料技术的公司中比较有名的是ZCorp，他们使用石膏（plastor）作

为主要的材料，依靠石膏和以水为主要成分的粘合剂之间的反应而成型。

ZCorp产品最大的亮点当属fullcolorprinting，这在objet等公司尚未出现的

时候成为了唯一一种可以打印全色彩的技术。如同纸张喷墨打印机一样，粘合

剂可以被着色并且依靠基础色混合（CMYK）而将粉末着色，从而制造出在三

维空间内都具备多种颜色的模型。这种方式制造出的模型多用于快速成型和产

品设计时所制造的模型。ZCorp在2012年被3DSystems收购，并被开发成为

了3DS的colorjet系列打印机。

全密度金属直接成形

使用BinderJetting打印金属的技术被ExOne公司（之前叫ProMetal）所

商业化。当制造金属零件时，金属粉末被一种主要功能成分为thermosetting

高分子的粘合剂所粘合而成型为greenpart，之后greenpart被从3D打印机中

取出并放到熔炉（furnace）中烧结得到金属成品。由于烧结后的零件一般密度

较低，因此为了得到高密度的成品,ExOne还会将一种低熔点的合金（如铜合

金）在烧结过程中渗透（infiltrate）到零件中。尽管最初ExOne制造的产品多

以不锈钢为主，但如今已有多种金属材料（如镍合金Inconel