ExOne公司（ExOne）成立于2005年，作為Extrude Hone Corporation的衍生公司，是粘合劑噴射技術(shù)的全球領導者。該公司提供3D打印機、打印產(chǎn)品和相關(guān)服務，以幫助公司在現(xiàn)有制造業(yè)務中利用和集成3D打印。1996年，該公司獲得麻省理工學院（麻省理工學院）開發(fā)的金屬和沙子部件3DP（3D打印）工藝許可證。從那時起，該司開發(fā)并商業(yè)化了系統(tǒng)和材料，以最佳地滿足汽車，航空航天，重工業(yè)和能源領域的應用。使用沙子，陶瓷和金屬粉末進行打印是他們的核心專業(yè)領域。

而在這次訪談中，ExOne公司研發(fā)總監(jiān)Andrew Klein跟大家講述了粉末流動在3D打印中的重要性。

您能解釋一下粘合劑噴射技術(shù)是如何工作的，主要的應用領域有哪些？

在粘合劑噴射中，液體粘合劑用于逐層選擇性地連接粉末顆粒。該過程始于薄層粉末的擴散，打印頭然后策略性地將粘合劑液滴沉積到粉末床中 - 就像在紙上噴墨打印一樣 - 工作箱隨后降低，并且另一層粉末被涂抹。粉末和粘合劑的逐步分層構(gòu)成了完整的部分，未使用的粉末（約95％）被回收。

粘合劑噴射可用于打印各種材料，包括許多不同的金屬，沙子和陶瓷。砂型鑄件不需要進一步加工，但金屬結(jié)構(gòu)通常固化和燒結(jié)，如金屬注射成型（MIM）。用互補材料滲透和/或熱等規(guī)壓制也可用于輸送具有所需性能的成品部件。

與其他AM技術(shù)一樣，粘合劑噴射對于降低產(chǎn)量尤其具有成本效益。例如，為了以每年約1,000,000份的速度生產(chǎn)小而復雜的部件，MIM通常是最便宜的選擇，但是對于較低的體積，在每年200,000份或更少的地方，模具的成本將優(yōu)勢擴展到粘合劑噴射。但是，與任何部件一樣，確切的生產(chǎn)量將取決于應用程序。

就獨特的優(yōu)點而言，粘合劑噴射在施工期間不會使用熱量來熔化或焊接顆粒，從而避免殘余應力的累積以及隨后釋放它們的任何要求。此外，顯影部件由松散的粉末支撐，從而無需從構(gòu)建板上移除部件。擴展速度通常優(yōu)于替代AM工藝的速度，使整體構(gòu)建速度具有很強的競爭力。這些優(yōu)點加上可以靈活地打印非常大的物體，使得粘合劑噴射成為許多AM應用的最佳選擇。

您使用哪種類型的金屬粉末以及哪些屬性可以定義其性能？

從歷史上看，3D打印用于“形狀和適合”，主要用于原型設計。隨著向工業(yè)生產(chǎn)的轉(zhuǎn)變，使用的金屬粉末已經(jīng)受到更嚴格的審查。我們擁有適用于各種行業(yè)的合格材料，我們最初的重點是不銹鋼，我們將繼續(xù)開發(fā)更多。我們經(jīng)常使用的其他金屬是工具鋼，銅，鉻鎳鐵合金和鎢。

粒度分布是AM金屬粉末的重要度量，特別是在燒結(jié)性能方面。轉(zhuǎn)向更細的粉末可以降低達到一定燒結(jié)密度所需的溫度和時間，降低坍落的機會和尺寸完整性的損失。通過SEM定量的顆粒形態(tài)也是關(guān)鍵的，因為粘合劑相容性我們通過向粉末樣品中添加已知體積的粘合劑，觀察沉入其中所需的時間，然后測試固化性能來評估。

但是，僅憑這些特性，我們無法確定粉末是否能很好地打印。這一點至關(guān)重要，因為除了為合格材料定義穩(wěn)健的規(guī)格外，我們還經(jīng)常面臨與客戶合作開發(fā)新材料的挑戰(zhàn)。我們需要能夠回答“我能用這種粉末打印嗎？”這一問題。包括粉末測試和我們的其他表征技術(shù)使我們可以放心地這樣做。

您使用什么粉末測試技術(shù)？為什么？

我們使用Freeman Technology的FT4粉末流變儀，我們已經(jīng)使用了幾年，我們用它來評估所用的每種粉末。 FT4的獨特之處在于它可以測量動態(tài)，剪切和散裝粉末特性，事實上，這三種類型的指標構(gòu)成了我們的常規(guī)屏幕。

在動態(tài)參數(shù)方面，我們測量基本流動能量（BFE），穩(wěn)定性和流量指數(shù)（FRI）;這些都是由單一測試協(xié)議生成的。 BFE是當儀器的葉輪向下穿過粉末樣品時測量的流動能量。穩(wěn)定性測試包括在相同條件下重復測量BFE  - 因此它提供了粉末穩(wěn)定性的指示 - 而FRI是通過在不同葉輪速度下測量BFE來確定的。我們使用儀器的剪切單元功能和可壓縮性和滲透性的整體性質(zhì)來測量內(nèi)聚力和壁摩擦角。

如何使用粉末測試數(shù)據(jù)？您能否確定它提供的任何特定好處？

通過將打印性能與粉末測試數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)，我們開發(fā)了一種性能良好的粉末規(guī)格。如果我們正在考慮新的供應商或客戶為我們帶來了新的粉末打印，那么我們可以高度自信地確定它是否有效，如果是，如何處理它，只需從測試數(shù)據(jù)中獲得。沒有FT4，這是不可能的。這些相關(guān)性需要不斷改進，每種新粉末都會添加到數(shù)據(jù)庫中，但是它們很少能夠保留。我們現(xiàn)在擁有一個高效的測試系統(tǒng)，為我們節(jié)省了大量的時間和精力。

一個很好的例證來自一個確定316L材料替代供應的項目。我們經(jīng)常購買金屬粉末以提供零件打印服務，并確定了一種價格低得多的316L粉末供應，以降低成本。兩種粉末的粒度分布基本相同--Dv50為15.8c.f16.1μm，Dv10和Dv90的差異與形態(tài)相似。使用新粉末進行打印最初產(chǎn)生了良好的效果，但在隨后的回收粉末運行中，質(zhì)量下降。我們剝離了機器，再次啟動，但同樣的事情發(fā)生了。

用FT4測試顯示兩種粉末的穩(wěn)定性顯著不同。原始粉末的穩(wěn)定性為1.03，這意味著重復測試時流動性質(zhì)基本不變，而新供應的粉末則為1.52。 FT4可以檢測不夠穩(wěn)固的粉末，以通過回收過程保持一致的流動性?；谠摻Y(jié)果和其他粉末測試，1.2的穩(wěn)定性值現(xiàn)在標記了可接受性的上限，因此在加工之前檢測將以這種方式失效的粉末。

擴展ExOne AM技術(shù)應用的主要挑戰(zhàn)是什么？

我想說，對粘合劑噴射的優(yōu)點的理解正在增長，因此傾向于使用它。我們最近在我們的產(chǎn)品系列中添加了第三種合格的不銹鋼 -  304L，以及之前發(fā)布的316L和17-4PH  - 我們正在努力引進其他材料。 FT4將在幫助我們實現(xiàn)這一目標方面發(fā)揮重要作用，而在其他項目中，我們必須確保流程性能的穩(wěn)健性。目前的主題是濕度的影響。 FT4幫助我們了解濕度如何影響粉末特性以及延長工藝性能。

展望未來，我認為粘合劑噴射具有非常光明的前景。近年來，對3D打印的理解已經(jīng)相當成熟。它現(xiàn)在是一種成功的工業(yè)制造技術(shù)，對它的好處有了更多的了解，相反，它不容易與現(xiàn)有的工業(yè)過程競爭。通過為客戶提供專家支持和先進技術(shù)，我們可以確保粘合劑噴射與其他制造技術(shù)一起處于最佳位置。

注意：術(shù)語3D打印和增材制造（AM）在很大程度上可以在行業(yè)中互換使用，并且已經(jīng)出現(xiàn)在本文中。

關(guān)于Andrew Klein

Andrew Klein是ExOne的研發(fā)總監(jiān)。在此職位上，他為ExOne的打印機開發(fā)了高密度燒結(jié)金屬，并領導公司的金屬研發(fā)團隊，以及其他工作。

Andrew在卡內(nèi)基梅隆大學（Carnegie Mellon University）學習機械工程，在那里他從事機器人技術(shù)研究，專注于機器學習。他還獲得巴克內(nèi)爾大學機械工程學士學位。