BJ粘结剂喷射技术——驱动工业制造升级的新质生产力

在当今工业制造领域，技术的革新正以前所未有的速度推动着产业升级。其中，粘结剂喷射（BJ）技术，因其无模制造、高效率、低成本、大尺寸零部件制造等优势，正在改变传统的生产模式，并展现出批量产业化应用的巨大潜力，成为赋能传统产业的新质生产力。
近年来，随着材料体系的丰富和技术工艺的不断突破，BJ技术迅猛增长。据SmarTech预测，至2030年，全球BJ技术的产值可达540亿美元（约3500亿人民币）。BJ粘结剂喷射是一种基于粉末床工艺和喷墨原理的3D打印技术，打印出的原型件（绿坯）采用MIM（金属注射成形）技术中的脱脂、烧结工艺完成粘结剂脱除和坯体的致密化，得到最终零件。作为一种高效率、低成本的3D打印技术，BJ技术既综合了3D打印的自由度和效率优势，也兼容了粉末冶金标准化的材料体系。因而在提升传统粉末冶金的制造能力、降低成本、加快研发周期以及实现复杂结构、大尺寸产品制造方面可发挥重要作用。

图片来自：Colibrium Additive / GKN Additive

国际大厂看好BJ技术的市场潜力，纷纷入局。GE通用电气自2016年开始布局BJ技术，后旗下Colibrium Additive推出Series 3金属粘结剂喷射系统。与汽车制造商合作生产轻量化、高性能的汽车零部件，提升整车性能。HP惠普基于热喷墨（TIJ）专业经验，于2018年推出HP Metal Jet技术，并在4年后推出HP Metal Jet S100金属打印解决方案。GKN Additive采用HP Metal Jet技术进行汽车和工业零部件的批量生产，MIM行业领导者Parmatech采用HP Metal Jet技术用于复杂形状的精密手术工具的制造。

图：三帝科技BJ金属/陶瓷打印机3DPTEK-J160R、3DPTEK-J400P/800P

作为制造业大国，中国对BJ技术的市场需求更为迫切。国内领先的3D打印装备与快速制造服务提供商北京三帝科技股份有限公司自主掌握BJ技术设备、材料、工艺等关键技术，在小粒径粉体铺放、粉床致密度提升、高尺寸精度控制、粘结剂材料体系开发、脱脂烧结工艺等方面具备成熟的技术和经验。公司自主研制的3DPTEK-J160R/J400P/J800P系列化粘结剂喷射打印设备及其成型工艺，集成了精准供料系统、高致密铺粉系统和高精度喷墨打印控制系统，解决了小粒径低流动性粉末铺放与成型致密度关键共性技术，突破了高分辨率、高精度喷墨控制关键技术，可实现800-1200dpi高分辨率打印成型，成型精度优于±0.1mm，成型效率最高可达3600cc/h，相关技术指标达到国际先进水平。

图：BJ金属样件

三帝科技在多年BJ技术研究中逐步形成了健全的粘结剂材料成型工艺体系。基于水基环保型粘结剂和溶剂基高效粘结剂两大种类形成的20余种工艺配方，对粘结剂理化特性、粘结剂与粉末的相互作用进行了系统性研究分析，开发相应的成型工艺和脱脂烧结等后处理工艺，实现了适用于不锈钢、工模具钢、钛合金、铜合金、高温合金、硬质合金等金属材料，碳化硅（SiC）等陶瓷材料以及PMX晶态蜡、无机盐、食品、药品、高分子复合材料等非金属材料的成型工艺。同时，通过对高致密度脱脂烧结成型工艺的系统研究，实现了对脱脂烧结过程中金属与陶瓷产品的控形与控性，对脱脂烧结后的成品质量实现精准把控，产品性能优于MIM国际材料标准的力学性能。

图：BJ陶瓷样件

在实现自主技术创新的同时，三帝科技逐步完成BJ标准制造工艺流程的搭建，并在全国建立分布式打印服务中心，为客户研制基于BJ技术的产品制造工艺，推动其走向市场应用。此外，公司联合深圳职业技术大学共建了增材制造技术联合实验室，联合深圳清华大学研究院、上海交通大学、北京科技大学等科研院所相关团队共同开展粘结剂喷射成型等材料、工艺与应用的基础技术研究，推动在工业模具、刀具、3C电子等产品，及复杂、异形大尺寸陶瓷产品等领域的产业化应用。

3C电子领域，产品日趋多样化、复杂化、精细化的市场需求对制造技术提出了挑战，传统制造技术存在制造难度大、良品率低、成本高等众多局限，尤其是钛合金等难加工轻质材料实现难度更高。三帝科技成功突破传统钛合金成形制造技术壁垒，基于BJ技术实现了钛合金等活泼金属的快速成型制造，实现复杂结构3C电子产品零部件快速近净成形的同时简化了制造工艺，降低了生产制造成本。

图：基于三帝科技自主BJ技术制造的典型3C产品零部件，最小结构尺度0.4mm，烧结后致密度优于99%

食品药品领域，针对日益增长的多元化、个性化、精准化饮食市场需求，三帝科技联合中国农科院农产品加工研究所，基于自主研发的BJ设备，开展技术装备适配性研究与装备集成，研发以食品水凝胶为原料的易吞咽食品和以食品基颗粒为原料的特殊造型食品，并对其安全性、可靠性等进行综合评价，最终实现个性化食品增材制造与智能化加工装备的产业化示范应用。

模具领域，针对具有复杂型面、精细纹理结构模具制造难度大的问题，基于三帝科技BJ技术可实现300mm×200mm×150mm尺度范围内高复杂度、高精细度的金属模具制造，最小纹理表达尺度约0.26-0.3mm，同时突破大尺寸非典型结构金属零部件烧结致密化技术，实现了控形控性烧结，烧结性能满足实际应用需求。

随着技术的不断进步和创新，BJ技术有望在未来的工业制造中扮演更加关键的角色，其对制造成本、效率和品质的积极影响，也必将进一步推动这一技术在3C电子、模具、汽车、五金、工具、刀具、医疗器械、运动器材等行业形成千亿级规模的产业化应用。

【关于三帝科技】

北京三帝科技股份有限公司(3D Printing Technology, Inc. )是一家3D打印装备与快速制造服务提供商，国家级“专精特新”小巨人企业，工信部增材制造典型应用场景供应商。同时拥有激光和粘结剂喷射3D打印设备和材料技术及应用工艺，业务涵盖3D打印装备、原材料的研发及生产、金属成品件快速制造服务、3D打印工艺技术支持服务等，建立了完整的3D打印快速制造产业链，广泛应用于航空航天、船舶泵阀、汽车、能源动力、工业机械、轨道交通、3C电子、教育科研、雕塑文创、康复医疗等行业。