水基粘结剂金属3D打印技术无需脱脂，ExOne与Rapidia合作

南极熊导读：凭借着低成本、批量化制造生产零件的优势，粘结剂金属3D打印技术越来越火。特别是在Desktop Metal、通用GE、惠普HP、Exone、Markforged、Voxeljet等大型厂商的强力推进下，粘结剂（特别是喷射类）金属3D打印机有望在2021年迎来新一轮爆发。

△粘结剂金属3D打印（熔融挤出）

2021年2月，南极熊了解到，德国粘结剂喷射3D打印厂商ExOne与加拿大3D打印厂商Rapidia合作推出了Metal Designlab 3D打印机和X1F烧结炉，深度结合了Rapidia专有的“两步式” 3D打印技术。

△Metal Designlab 和 X1F

水基粘结剂间接金属3D打印技术

Rapidia在2019年推出，基于FDM / FFF熔融挤出工艺。它用水作为粘结剂（而不是聚合物），粘结打印金属和陶瓷零件，从3D打印机上拿出来就直接进入熔炉烧结，而无需排胶脱脂步骤。现在，ExOne和Rapidia已经深度合作，双方一起把技术产品推向市场。

△水基金属/陶瓷3D打印零件

大多数其他“间接”金属3D打印技术需要三个步骤（3D打印，脱脂和烧结），在烧结炉中进行非常缓慢的热脱脂，通常都需要3-5天才能生产出最终零件，烧掉聚合物粘合剂，零件厚度也受到限制。通常，采用这个技术3D打印出来的零件厚度限制为5-10毫米，影响了强度和性能。

相比之下，由Rapidia开发的HydroFuse糊剂会用水代替98％的粘合剂，粘合剂在打印时就会蒸发，从而实现了真正的Print Today，Parts Tomorrow™技术（今天打印，明天得件）。而且，此技术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体金属，制造出各种苛刻的预生产和最终用途的高强度零件。

△电气工程师Dan Gelbart，是Rapidia的创始人兼总裁。Gelbart拥有西蒙弗雷泽大学和不列颠哥伦比亚大学的多个著名奖项和荣誉博士学位；还是位于加拿大本那比的医疗设备制造商Kardium的共同创始人，开发了革命性的心房颤动疗法；共同创立了Creo Inc.，先后担任总裁和CTO，2005年7月以10亿美元的价格卖给了柯达。从包装跟踪技术到心房颤动治疗，他已获得135项美国发明专利。南极熊太佩服这样的人才了，浑身技术，而且还能不断把技术产业化！

△刚打印完成尚未烧结的零件

△烧结前后对比

办公级FDM / FFF金属3D打印

Rapidia 3D打印机的工作方式类似于双喷头挤出的FDM / FFF 3D打印机。在打印的物体形状方面，Rapidia可以实现标准FDM 3D打印机的形状能力。它直接把物体构建在温热的玻璃床上，无需底座；打印原料是水基金属糊或陶瓷粘土。

△Rapidia 的两步式金属/陶瓷3D打印机和烧结炉。据南极熊了解，Rapidia 3D打印机的价格为50,000美元，烧结炉的价格为80,000美元。具体技术参数与厂商联系方式，请到全球3D打印产品库https://product.nanjixiong.com查询

“我们是唯一使用水基黏合金属的3D打印系统” 正如Gelbart所强调的，这种技术的知名竞争对手是Desktop Metal和Markforged，不同之处在于，后两者的金属3D打印机“使用聚合物作为粘结剂，黏合金属粉末”，这意味着需要脱脂。Gelbart补充说：“水黏合金属3D打印技术的优点是，你可以放在办公室里使用。”

使用水性糊料作为原料，还有其他一些优点：烧结前，可以用水剂简单在零件表面刷一下，就可以让物体更光滑；允许使用大喷嘴来加快打印速度。水性糊剂还可以采用独特的方式，将各个部分组合在一起来创建复杂的对象。例如，空心物体可以分为三部分：底部，中部和顶部。一旦打印，这些部件就处于润湿状态，并堆叠在一起。在熔炉中烧结后，三个部分融合在一起，形成一个完全固态的金属整体。通过组合新工艺和预加工对象，可以制造出一体化的物体。

在熔炉中，3D打印生坯的水分会蒸发掉。或者熊友你会有个担忧：这样的话，金属零件会不会有很大的孔隙率？根据Gelbart的说法，“烧结后，物体为固态金属，几乎没有孔隙率。” 使用聚合物作为粘结剂的工艺，脱脂的时候，由于聚合物材料蒸发掉，很容易留下孔洞，烧结时孔洞向内塌陷消失，零件产生巨大的收缩和变形问题。这就是为什么物体在烧结时会收缩的主要原因。

△3D打印的金属热交换器，图片来源Umair Iftikhar

目前支持的材料包括：17-4PH型不锈钢、316L不锈钢、白色氧化铝-二氧化硅陶瓷，还有铬镍铁合金625、铜、氧化锆、碳化钨钨、H13工具钢、马氏体时效钢、氧化铝、钛等材料正在开发中。