ExOne公司（ExOne）成立於(yu) 2005年，作為(wei) Extrude Hone Corporation的衍生公司，是粘合劑噴射技術的全球領導者。該公司提供3D打印機、打印產(chan) 品和相關(guan) 服務，以幫助公司在現有製造業(ye) 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）開發的金屬和沙子部件3DP（3D打印）工藝許可證。從(cong) 那時起，該司開發並商業(ye) 化了係統和材料，以最佳地滿足汽車，航空航天，重工業(ye) 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(men) 的核心專(zhuan) 業(ye) 領域。

而在這次訪談中，ExOne公司研發總監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(ti) 粘合劑用於(yu) 逐層選擇性地連接粉末顆粒。該過程始於(yu) 薄層粉末的擴散，打印頭然後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 - 工作箱隨後降低，並且另一層粉末被塗抹。粉末和粘合劑的逐步分層構成了完整的部分，未使用的粉末（約95％）被回收。

粘合劑噴射可用於(yu) 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，但金屬結構通常固化和燒結，如金屬注射成型（MIM）。用互補材料滲透和/或熱等規壓製也可用於(yu) 輸送具有所需性能的成品部件。

與(yu) 其他AM技術一樣，粘合劑噴射對於(yu) 降低產(chan) 量尤其具有成本效益。例如，為(wei) 了以每年約1,000,000份的速度生產(chan) 小而複雜的部件，MIM通常是最便宜的選擇，但是對於(yu) 較低的體(ti) 積，在每年200,000份或更少的地方，模具的成本將優(you) 勢擴展到粘合劑噴射。但是，與(yu) 任何部件一樣，確切的生產(chan) 量將取決(jue) 於(yu) 應用程序。

就獨特的優(you) 點而言，粘合劑噴射在施工期間不會(hui) 使用熱量來熔化或焊接顆粒，從(cong) 而避免殘餘(yu) 應力的累積以及隨後釋放它們(men) 的任何要求。此外，顯影部件由鬆散的粉末支撐，從(cong) 而無需從(cong) 構建板上移除部件。擴展速度通常優(you) 於(yu) 替代AM工藝的速度，使整體(ti) 構建速度具有很強的競爭(zheng) 力。這些優(you) 點加上可以靈活地打印非常大的物體(ti) ，使得粘合劑噴射成為(wei) 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(yi) 其性能？

從(cong) 曆史上看，3D打印用於(yu) “形狀和適合”，主要用於(yu) 原型設計。隨著向工業(ye) 生產(chan) 的轉變，使用的金屬粉末已經受到更嚴(yan) 格的審查。我們(men) 擁有適用於(yu) 各種行業(ye) 的合格材料，我們(men) 最初的重點是不鏽鋼，我們(men) 將繼續開發更多。我們(men) 經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，特別是在燒結性能方麵。轉向更細的粉末可以降低達到一定燒結密度所需的溫度和時間，降低坍落的機會(hui) 和尺寸完整性的損失。通過SEM定量的顆粒形態也是關(guan) 鍵的，因為(wei) 粘合劑相容性我們(men) 通過向粉末樣品中添加已知體(ti) 積的粘合劑，觀察沉入其中所需的時間，然後測試固化性能來評估。

但是，僅(jin) 憑這些特性，我們(men) 無法確定粉末是否能很好地打印。這一點至關(guan) 重要，因為(wei) 除了為(wei) 合格材料定義(yi) 穩健的規格外，我們(men) 還經常麵臨(lin) 與(yu) 客戶合作開發新材料的挑戰。我們(men) 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(men) 的其他表征技術使我們(men) 可以放心地這樣做。

您使用什麽(me) 粉末測試技術？為(wei) 什麽(me) ？

我們(men) 使用Freeman Technology的FT4粉末流變儀(yi) ，我們(men) 已經使用了幾年，我們(men) 用它來評估所用的每種粉末。 FT4的獨特之處在於(yu) 它可以測量動態，剪切和散裝粉末特性，事實上，這三種類型的指標構成了我們(men) 的常規屏幕。

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

如何使用粉末測試數據？您能否確定它提供的任何特定好處？

通過將打印性能與(yu) 粉末測試數據相關(guan) 聯，我們(men) 開發了一種性能良好的粉末規格。如果我們(men) 正在考慮新的供應商或客戶為(wei) 我們(men) 帶來了新的粉末打印，那麽(me) 我們(men) 可以高度自信地確定它是否有效，如果是，如何處理它，隻需從(cong) 測試數據中獲得。沒有FT4，這是不可能的。這些相關(guan) 性需要不斷改進，每種新粉末都會(hui) 添加到數據庫中，但是它們(men) 很少能夠保留。我們(men) 現在擁有一個(ge) 高效的測試係統，為(wei) 我們(men) 節省了大量的時間和精力。

一個(ge) 很好的例證來自一個(ge) 確定316L材料替代供應的項目。我們(men) 經常購買(mai) 金屬粉末以提供零件打印服務，並確定了一種價(jia) 格低得多的316L粉末供應，以降低成本。兩(liang) 種粉末的粒度分布基本相同--Dv50為(wei) 15.8c.f16.1μm，Dv10和Dv90的差異與(yu) 形態相似。使用新粉末進行打印最初產(chan) 生了良好的效果，但在隨後的回收粉末運行中，質量下降。我們(men) 剝離了機器，再次啟動，但同樣的事情發生了。

用FT4測試顯示兩(liang) 種粉末的穩定性顯著不同。原始粉末的穩定性為(wei) 1.03，這意味著重複測試時流動性質基本不變，而新供應的粉末則為(wei) 1.52。 FT4可以檢測不夠穩固的粉末，以通過回收過程保持一致的流動性。基於(yu) 該結果和其他粉末測試，1.2的穩定性值現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技術應用的主要挑戰是什麽(me) ？

我想說，對粘合劑噴射的優(you) 點的理解正在增長，因此傾(qing) 向於(yu) 使用它。我們(men) 最近在我們(men) 的產(chan) 品係列中添加了第三種合格的不鏽鋼 -  304L，以及之前發布的316L和17-4PH  - 我們(men) 正在努力引進其他材料。 FT4將在幫助我們(men) 實現這一目標方麵發揮重要作用，而在其他項目中，我們(men) 必須確保流程性能的穩健性。目前的主題是濕度的影響。 FT4幫助我們(men) 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(wei) 粘合劑噴射具有非常光明的前景。近年來，對3D打印的理解已經相當成熟。它現在是一種成功的工業(ye) 製造技術，對它的好處有了更多的了解，相反，它不容易與(yu) 現有的工業(ye) 過程競爭(zheng) 。通過為(wei) 客戶提供專(zhuan) 家支持和先進技術，我們(men) 可以確保粘合劑噴射與(yu) 其他製造技術一起處於(yu) 最佳位置。

注意：術語3D打印和增材製造（AM）在很大程度上可以在行業(ye) 中互換使用，並且已經出現在本文中。

關(guan) 於(yu) Andrew Klein

Andrew Klein是ExOne的研發總監。在此職位上，他為(wei) ExOne的打印機開發了高密度燒結金屬，並領導公司的金屬研發團隊，以及其他工作。

Andrew在卡內(nei) 基梅隆大學（Carnegie Mellon University）學習(xi) 機械工程，在那裏他從(cong) 事機器人技術研究，專(zhuan) 注於(yu) 機器學習(xi) 。他還獲得巴克內(nei) 爾大學機械工程學士學位。