粘合剂喷射与材料喷射：3D 打印技术的主要区别
粘合剂喷射和材料喷射是两种相关的 3D 打印技术，从表面上看，它们具有相似之处。仔细观察就会发现差异要大得多。粘合剂喷射是一种材料适应性强的粉末床工艺。通过气泡喷射或喷墨方法喷射各种粘合剂化合物，将模型切片粘合并固定到下面的切片上，以打印/粘合切片的图片。
材料喷射也使用气泡喷射技术，但将模型切片直接打印到构建台上。一般采用改性丙烯酸树脂或环氧树脂。粘合剂喷射可以经济有效地快速生产各种材料中分辨率相对较低的零件，而材料喷射则可以提供更高分辨率，适合详细的塑料原型和模型。适用技术的选择取决于项目的具体要求，包括分辨率、材料和产量。
本文将从工艺、优缺点、材料选择、类型等方面讨论粘合剂喷射与材料喷射之间的差异。
什么是粘合剂喷射？
粘合剂喷射是一种增材制造工艺，其中粉末材料（通常是金属、沙子、石膏或陶瓷）逐层沉积。液体粘合剂（通常是聚合物）选择性地沉积到粉末床上以将颗粒粘合在一起。该过程通过接触时固化粘合剂或通过后固化步骤来创建 3D 模型的每个切片。
使用喷墨式喷头，例如压电或热（气泡喷射）喷嘴来施加粘合剂。一旦沉积，粘合剂就会导致该层中的颗粒彼此粘合以及与先前印刷的层粘合。未结合的粉末保持松散，在构建过程中充当天然的支撑结构。在打印区域的边缘，毛细作用会导致粘合剂轻微渗入周围的粉末中，这会降低分辨率和边缘清晰度，尤其是在细粉末应用中。该出血区是实现高分辨率特征的主要限制之一。
一些粘合剂喷射系统包含额外的打印阶段来沉积全彩颜料，从而能够创建详细的多色原型。这些颜色嵌入零件内，可以承受渗透、打磨或密封等后处理步骤。
要了解更多信息，请参阅我们的粘合剂喷射指南。
粘合剂喷射示意图。
粘合剂喷射 3D 打印的优点和缺点是什么？
粘合剂喷射既有优点也有缺点，因此项目的选择通常是一个明确的决定。该方法的优点是：
- 构建时间比许多其他 3D 打印工艺更快，尤其是对于大型或批量打印零件。
- 对于批量生产来说具有成本效益，因为原材料（粉末和粘合剂）通常成本较低，而且该工艺不需要周围粉末床之外的支撑结构。
- 材料浪费低，后处理简单，未使用的粉末易于回收和再利用。
- 广泛的材料兼容性，包括金属（例如不锈钢、青铜、铝）、陶瓷、沙子和石膏。
- 能够生产使用传统方法难以或不可能制造的复杂几何形状和内部特征。
- 得益于相对简单的硬件和可扩展的粉末床设置，可以实现大批量生产。
广泛报道的粘合剂喷射的缺点是：
- 通过粘合剂喷射生产的零件通常具有粒状或多孔表面纹理，因为它们是由粘合粉末形成的。虽然早期系统使用的粉末粒径约为 100 µm，但现代系统已将其减小至约 10 µm。尽管如此，表面光滑度仍然不如 SLA 或材料喷射等其他打印方法。
- 绿色零件机械性能较弱，不适合承载应用。烧结可以提高强度，但该过程会引入收缩和变形，影响尺寸精度。即使采用烧结，由于收缩和热变形，尺寸精度也很难保持。
- 粘合剂喷射部件通常表现出明显的内部孔隙率。需要金属渗透、热等静压 (HIP) 或烧结等额外步骤才能达到足够的强度或密度，这会增加成本和复杂性。
- 分辨率适中；与 SLA 或材料喷射等更高分辨率的技术相比，打印边缘的粘合剂渗色会减少细节。
- 材料性能通常不如采用 SLS、DMLS 或 FDM 等方法使用增强长丝实现的性能。
- 使用细粉末时存在安全问题。金属和陶瓷粉尘会带来吸入和污染风险，需要适当的通风和个人防护装备 (PPE)。
粘合剂喷射 3D 打印的示例有哪些？
粘合剂喷射打印最常见的应用之一是制作零压力应用所需的摄影道具，例如产品包装和雕像。越来越多的报道称，粘合剂喷射是一种快速生产精度相对较低、表面光洁度较粗糙的金属部件的实用方法。虽然此类零件的应用受到限制，但在性能合适的情况下，它们可以很好地发挥作用，而且生产速度相对较快，成本也较低。
Xometry 采用不锈钢制成的粘合剂喷射部件
什么是材料喷射？
材料喷射是一种 3D 打印技术，它使用喷墨或气泡喷射打印方法将液体光聚合物或蜡构建和支撑材料直接传送到构建平台上。在工作台下降并应用下一个模型切片之前，打印材料在打印过程中部分或完全固化。
打印过程通常在层结构中应用两种（或多种）相关材料。构建材料通常是热固化或紫外光固化聚合物，可以是刚性、半柔性或伪弹性体。该工艺的一些变体使用蜡作为构建材料，允许直接生产最高质量的熔模铸造母模，而不需要熟练的工艺。支撑材料由额外的打印机头共同打印。这种支撑材料要么是化学可溶性的，要么是构建材料的水溶性版本，它完全耦合到模型，但可以在以后移除。先进的系统可以允许在打印过程中混合或交替不同的构建材料。这使得属性分级成为可能，其中零件的机械特性因区域（例如从软到硬）和材料切换而变化，以改变同一零件几何形状内的功能行为。
要了解更多信息，请参阅我们的材料喷射指南。
材料喷射示意图。
材料喷射3D打印的优点和缺点是什么？
材料喷射的优点是：
- 它提供卓越的打印分辨率，是商用设备中最高的。它非常适合打印具有精细细节和薄截面的复杂模型。
- 此类机器中的一些机器可以同时使用两种材料以 0-100% 的不同比例进行打印。这允许创建可变和自定义材料属性，以及在非常有限的程度上创建一些颜色变化选项。
- 它具有高尺寸精度和可重复性。当机器校准彻底且正确执行时，打印部件将与其数字设计紧密匹配。
- 与立体光刻 (SLA) 等其他高分辨率技术相比，该流程的机器类型相对较快。
- 可用的光聚合物材料包括：刚性（各种颜色）、柔性（肖氏硬度 A 为 30 至 90 的类橡胶）、透明（透镜/窗口质量）和生物相容性选项。材料系列不断扩大，材料性能也在慢慢改进，接近模制塑料。
- 与模型共同打印的支撑材料可轻松移除，并保持复杂悬垂和几何形状的完整性，且不会产生过高的成本或清理困难。
- 与 SLA 不同，材料喷射不需要在紫外线室中进行后固化，从而简化了后处理步骤。打印后，树脂会立即固化，同时强大的紫外线灯会在同一过程中经过它们。
一些缺点包括：
- 所使用的光聚合物材料成本很高甚至非常高，而且通常是单一来源。
- 它仅限于专有的光聚合物树脂，并且缺乏其他一些技术中可用的广泛选项。
- 与某些 3D 打印技术相比，构建体积通常较小。
- 移除某些复杂的支撑可能是一个精细而熟练的手工过程。通常需要额外的后处理步骤来实现美观。
- 设备维护和基本的日常运营支出是一项技术性任务，需要高成本的单一来源组件。这大大增加了每次打印的成本，而这方面的成本节省可能会带来灾难性的后果。
材料喷射 3D 打印的示例有哪些？
材料喷射 3D 打印零件的一些示例包括：
- 精确的牙冠、牙桥和假牙模型，其中精度和表面质量至关重要。
- 用于熔模铸造的详细蜡模，特别是需要精细细节和光滑表面的珠宝和小型金属部件。
- 航空航天部件的工程原型用于最终生产前的配合、形状和空气动力学测试。
- 消费电子产品原型，包括定制设备外壳、微型组件外壳和设计评估单元。
- 具有复杂内部通道的微流体装置用于诊断、生命科学和研究。这包括微分配喷嘴和特斯拉型微型阀等复杂零件，使用传统方法生产这些零件成本高昂或不切实际。
粘合剂喷射 3D 打印和材料喷射 3D 打印哪个更好？
粘合剂喷射和材料喷射之间的选择取决于应用的具体要求，例如材料兼容性、分辨率、成本和后处理要求。材料喷射通常适用于精度、表面光洁度和复杂细节至关重要的高分辨率打印任务。它非常适合涉及刚性或橡胶类聚合物、透明部件或生物相容性部件的应用。这也是高精度熔模铸造中直接打印蜡件的主导方法。虽然粘合剂喷射在柔性材料方面取得了长足的进步，但这些部件通常缺乏机械强度和精度，使得它们不适合功能或结构用途。
另一方面，粘合剂喷射是目前唯一实用的无需熔化过程的 3D 打印金属部件的方法。它也是生产铸造应用的砂型和型芯的首选技术，也是视觉或演示模型中全彩打印的最佳选择。尽管材料喷射无法打印金属，但它在聚合物零件精度、材料灵活性和精细特征再现方面优于粘合剂喷射。
流程方面的差异
粘合剂喷射是一种基于粉末的技术。它将液体粘合剂沉积到粉末层（例如金属、沙子或陶瓷）上。打印后，松散的、未结合的粉末被去除，打印的部件可能会经历后处理步骤，例如烧结或渗透。相比之下，材料喷射使用喷墨式打印头将光聚合物的微小液滴直接沉积到构建平台上。这些液滴在打印过程中进行紫外线固化，并使用单独的喷嘴同时沉积支撑材料。打印完成后，通过水或化学清洗去除支撑。
类型差异
喷射粘合剂3D打印有以下几种分类：单材料粘合剂喷射、多材料粘合剂喷射、彩色粘合剂喷射、砂型粘合剂喷射、金属或陶瓷粘合剂喷射、聚合物粘合剂喷射和混合粘合剂喷射。
在单一材料粘合剂喷射中，使用单一粉末，沉积粘合剂以创建物体层并将它们粘合到下面的层。多材料粘合剂喷射采用多种粉末材料，通常是金属、陶瓷和聚合物的交替层。选择适合每种粉末材料的粘合剂可以打印多材料、复合材料或按属性分级的零件。
彩色粘合剂喷射包括全彩 3D 打印。它通常将石膏建筑材料和可印刷粘合剂结合在一起，在每层上进行全彩喷墨印刷，以进行全彩印刷。砂粘结剂喷射使用细砂作为建筑材料来制造金属铸造用的砂型和型芯。金属或陶瓷粘合剂喷射使用金属或陶瓷粉末作为构建材料。打印后，生坯部件被烧结，使金属颗粒收缩/熔化至全密度并烧掉粘合剂。聚合物粘合剂喷射专门针对聚合物粉末的分层，通常使用溶剂粘合剂来焊接颗粒。
在一些情况下，粘合剂喷射装置可以以多于一种列出的模式操作。它还可以与其他 3D 打印技术集成，以便在应用于构建的适当过程中实现区域选择性。这称为混合粘合剂喷射。
材料喷射技术也有多种分类，按方法和材料进行区分。聚合物材料喷射是最常见和最早的材料喷射形式，以液体或凝胶形式沉积聚合物墨水。这些聚合物通常经过适当的紫外线固化，可通过有限的后处理进行快速和成品印刷。多材料喷射使用多种材料（通常是两种）的同时沉积，例如刚性和弹性体类型，以构建零件的渐变特性、渐变颜色和突然的材料变化。
全彩喷射是一个专门的类别，为雕像、建筑模型和艺术品的生产提供全彩和高分辨率的组件。陶瓷或金属材料喷射将陶瓷基材料或金属材料沉积在聚合物悬浮液中，以制造复杂的陶瓷部件，并可对其进行烧结以达到最终的陶瓷密度。微流体材料喷射用于创建具有精确通道几何形状的微流体设备，用于研究、诊断和流体逻辑设备中的应用。蜡材料喷射用于珠宝首饰的脱蜡铸造中的模型制作。蜡模直接打印作为金属零件生产的牺牲母版。
使用材料方面的差异
材料喷射直接构建到刚性、弹性体和蜡材料的聚合物模型中。另一方面，粘合剂喷射通常使用聚合物粘合剂来粘附从金属到陶瓷和沙子的各种粉末材料。
应用方面的差异
材料喷射适用于功能和设计评估原型，可用于评估组件、测试机构性能，并在需要时替代模制零件。蜡样原型可直接用于生产熔模铸件，所有浇道和通道部件均在一步中预先连接和集成。
另一方面，粘合剂喷射提供的视觉测试部件精度相对较低，机械性能较差。适用于形状和美观的视觉评估，可以直接制作包装示例和摄影道具的色彩关键原型等。
机器特性方面的差异
粘合剂喷射机处理粉末，将粉末分层放置并擦拭，在某些情况下，用滚筒包装至一定高度。这些机器在流程的这方面承担着艰巨的材料处理任务，这使得它们相对复杂，并且如果粉末具有磨蚀性并且机器卫生状况不佳，可能会产生可靠性问题。此外，输送粘合剂的机器喷射组件是一个相对简单的单个打印头，几乎不需要对任务进行定制，并且简单可靠。
材料喷射使用原理类似的喷射系统将构建聚合物直接输送到构建平台。这些头是高度定制的，会产生严重的设置和维护问题，导致运营成本持续增加。粘合剂喷射机可靠且维护成本低。材料喷射机是精密仪器，需要每天、每周定期和熟练的维护和设置。
CAD 软件方面的差异
材料喷射和粘合剂喷射技术均使用标准 3D CAD 文件格式，通常导出为 .STL 文件，然后使用专有或第三方切片软件对其进行切片，以准备打印数据。对于材料喷射，.STL 分辨率应设置为精细，并且层高必须与机器的能力相匹配，以充分发挥其高精度。仔细注意镶嵌和表面细节对于在打印过程中保持复杂特征的保真度至关重要。
对于粘合剂喷射，尤其是全彩印刷，有一个关键区别：.STL 文件格式本身并不支持颜色数据。在这些情况下，会使用其他专有文件扩展名（例如 .WRL、.3MF 或颜色增强格式），或者单独嵌入颜色信息并在切片过程中与几何图形组合。此步骤对于为每个打印层分配准确的纹理和颜色映射是必要的。
成本差异
粘合剂喷射机的成本通常在 3 万至 20 万美元之间，并且随着对卓越性能和构建体积的需求而增加。另一方面，桌面尺寸的材料喷射机起价约为 2 万美元，具有中等分辨率和有限的构建速度。能够进行多材料打印的更先进、更精确的机器的价格上涨至 75 万美元。这些需要高技能的操作和维护劳动力，以及一些有限的辅助设备。
质量差异
质量是一个可以解释的术语。技术之间的质量差异可以根据功能进行映射。
材料喷射提供比粘合剂喷射更高分辨率的构建。如果精度和准确度是质量参考，则差异可以是有利于材料喷射的 3-5 倍。如果需要金属或砂印刷，则材料喷射无法满足要求，而粘合剂喷射是明确的质量选择。如果原型需要全彩打印，材料喷射无法提供此功能，而某些类型的粘合剂喷射设备可以。如果非金属零件需要功能零件和材料质量，材料喷射提供的质量明显高于粘合剂喷射。
准确度方面的差异
准确性可以通过多种方式来测量。在选择这些标准之前，考虑项目的实际需求至关重要。
两种工艺都具有良好的可重复性，因此多部件一致性适合这两种类型。粘合剂喷射的分辨率比材料喷射低，因此模型的精细度有很大差异。粘合剂喷射的不精确性使得小特征的表现不如材料喷射所实现的精确。
制造商方面的差异
粘合剂喷射技术具有较低的运营和资本成本，以及相当低的设置成本和持续管理费用，适合内部使用。然而，合同印刷公司有一种强烈的集中服务的趋势，因为很少有公司的需求量足以证明内部设置投资的合理性。
令人惊讶的是，材料喷射通常是大公司的内部选择，这些公司有足够的需求来证明投资和运营成本的合理性。然而，很少有公司能够在这一成本上显示出投资回报率，因此也存在同样的趋势，即集中式服务提供商可以支持广泛的功能并吸引足够的需求来证明持续投资的合理性。
有关粘合剂喷射和材料喷射的常见问题
材料喷射 3D 打印机速度快吗？
不会。粘合剂喷射机的构建层厚度或 Z 轴分辨率通常大于材料喷射设备，使得粘合剂喷射的整体打印时间更短。此外，粘合剂喷射的打印后清理工作极少，从而增加了整体工艺速度差异。
材料喷射 3D 打印机可以打印金属吗？
不，材料喷射不提供直接金属打印工艺。
Binder Jetting 3D 打印机需要支撑吗？
粘合剂喷射是在稳定且完整的机器体积粉末内构建的，因此这种打印类型不需要单独的支撑结构，从而减少了打印作业所需的后期工作。
摘要
本文介绍了粘合剂喷射与材料喷射，解释了它们各自，并讨论了它们的主要区别。要了解有关粘合剂喷射和材料喷射的更多信息，请联系 Xometry 代表。
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迪恩·麦克克莱门茨
Dean McClements 是机械工程荣誉学士学位毕业生，在制造业拥有二十多年的经验。他的职业生涯包括在 Caterpillar、Autodesk、Collins Aerospace 和 Hyster-Yale 等领先公司担任重要职务，在那里他对工程流程和创新有了深入的了解。
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