粘结剂喷射金属3D打印技术+金属注射成型=？

导读：金属注射成型(MIM) 是一种用于金属零件大批量生产的强大制造工艺，但近年来，粘合剂喷射金属3D打印（Binder Jetting/3DP）也因其独特的优势提供了一种引人注目的替代方案。这两种有着天然兼容性的技术将来会走向一种怎样的局面，是共存？又或是完全取代？我们不得而知，不过已经有公司走在了这条探索路上，并且有望提供一种全新的制造模式。

史密斯金属制品公司（Smith Metal）成立于2002年，是一家来自明尼苏达州的知名金属注射成型（MIM）供应商，由塑料制造商Plastic Products Company出资成立。由于MIM和塑料成型技术有一定的相通点，这使得母公司的专业知识和资源为该公司的发展提供了宝贵的优势。但金属的MIM和塑料成型也有许多不同的地方，毕竟它们针对的是两个不同的材料种类，如今也都发展出了各自独有的制造设备。

△上图中的部件现在已经通过金属注射成型技术实现了规模化生产，但首先通过粘合剂喷射制造给了客户将设计投入全生产的信心

△史密斯金属制品公司拥有13台金属注射成型设备

MIM是对粘结剂喷射的补充工艺，这两种工艺都使用金属粉末为原料和烧结工艺，所以史密斯金属制品公司采用粘结剂喷射增材技术也就不是什么稀奇的事了。现在，Smith除了常规的MIM技术外，也引进了粘结剂喷射技术以提升金属增材制造（AM）能力。
△全球间接金属3D打印厂商汇总

据悉，该公司已经开始使用ExOne公司的Innovent粘结剂喷射机，来推动公司MIM业务的发展。早期的成功，加上新引进的增材制造技术巨大的潜力，暗示着Smith公司有可能在将来迈向更大的台阶。

MIM和AM如何相辅相成

不过，史密斯金属公司对其所做的部分技术转型依旧持保守态度，尽管在决定引入3D打印技术之前，他们已经对这种新兴技术观察了多年。粘结剂喷射和MIM的主要区别在于，后者基本上需要大批量。据总经理Todd Jensen说："在引入粘结剂喷射技术之前，我们拒绝了大量的医用牙托生产订单，这使我们意识到需要一种即时生产的能力。基于模具生产的MIM技术，本质上就是一种大批量的工艺，但在全面规模化生产之前，3D打印技术在小批量的试制阶段绝对是一种绝佳的补充方案。

△Smith金属制品公司总经理Todd Jensen在查看其中一台生产设备的MIM部件。

另一方面，MIM反过来又是对粘结剂喷射技术的补充。由于Smith已经针对MIM的订单购买了大量的金属粉末，而这些材料同样可以应用到粘结剂喷射中，这要比其他3D打印用户购买材料的价格更划算。此外，已经用于MIM部件的烧结炉也可以为粘结剂喷射执行同样的步骤（脱脂和烧结），冶金方面的专业知识也是相同的，MIM和粘结剂喷射可以很好地结合起来。

△Smith公司的金属增材制造专家Edward Jornlin，其中的粘合剂喷射机来自ExOne公司。

Edward Jornlin是一名刚毕业的材料工程专业学生，他被雇来帮助公司提高和掌握这种新能力。他正在研究粘结剂喷射的独特过程，包括3D打印部件和MIM部件的收缩系数的不同（由于自重，3D打印部件在XY轴方向和Z轴方向的收缩比例不同），以及不同3D打印部件特征在烧结过程中的行为。

同时，Jim Beyer正在了解3D打印部件的不同行为变化。这位史密斯金属公司的客户经理已经成功地利用这一能力，为多家客户提供金属注射成型服务。在多个场合中，他都会向客户提供一个金属3D打印的部件设计原型，这有助于客户对他们公司的设计和制造能力充满信心，而这里粘合剂喷射无疑是帮了大忙。

然而，Jim Beyer也表示他们公司还有很远的路要走，除了原型设计，他们还将目光瞄向了医用设备的制造市场。

△在粘结剂喷射中，粘结剂被一层层地喷射到金属粉末上用于制造金属零件，然后通过烧结完成。这种能力有利于批量生产，因为在一次制造中可以自由地嵌套许多零件。

进军医疗设备市场

由于史密斯金属公司同时拥有MIM和AM两大制造能力，那么它的一个重要的潜在增长市场就是医疗设备。具体来说，监管部门批准一项新的医疗设备往往需要验证数百个初始试验零件，而AM技术恰恰可以满足这一数量需求。此外，市场上那些通过AM技术生产的产品永远不会被MIM所取代，因为零件设计需要这种能力。自从该公司宣布AM将成为其服务的一部分后，有关这类工作的询问就一直不断地涌向该公司。

△这里看到的是3D打印的部件（上方）和后来通过MIM生产的部件。在致力于模具制造之前，能够为客户提供一个功能性的金属部件，有助于将这项工作推向生产。

Jensen说："常规零部件的批量化AM生产还要一段路要走，我们需要围绕这一能力建立一个专门的质量管理系统，需要以不影响其他工艺的方式进行AM生产。"此外，他还表示公司将需要增加更多的粘合剂喷射生产能力，这项投资有望很快到来。

△在零件的增材制造阶段，一些重要的细节仍然可以改变。图：MIM零件（左）的比例与3D打印零件的不同。

由于技术路线（烧结）的部分重叠，Smith公司很容易将一批粘合剂喷射的部件纳入MIM部件中的队列。此外，Smith Metal已经有了充足的烧结设备，所以它不需要因为引入AM而特意增加这些设施。

△正在进入烧结炉的零件

那么，Smith Metal增材制造的生产能力是否会像MIM与塑料成型一样，又或是与MIM工作截然不同？这需要时间来给出答案，毕竟我们很难预测到3D打印和MIM未来的发展模式，但Smith Metal公司开发和追求一种新的、颠覆性的制造能力确实是我们值得推崇的。

中国的金属3D打印与MIM

在国内的3D打印专业展会上，南极熊已经看到大量MIM厂商的身影，部分已经涉足金属3D打印业务。

近几年实地探访国内多家金属3D打印工厂后，南极熊发现已经有好几家已经增加了MIM制造服务，两种技术在一个公司内部相互补充。

这是一个新模式