什麼是黏著劑噴塗？製程、優點與應用

黏著劑噴射（Binder Jetting, BJ）是一種多用途的積層製造技術，可用來列印聚合物、金屬、陶瓷與砂材零件。黏著劑噴射 3D 列印技術在粉末材料上，透過噴頭選擇性噴灑液態黏結劑（binder），使相鄰粉末顆粒熔合在一起形成結合。可將其視為粉末床熔融與材料噴射的混合體：同時使用粉末材料，也利用黏結劑熔合顆粒，更易理解其原理。

（資料來源：Protolabs Network）

由於黏著劑噴射 3D 列印技術使用粉末材料，零件無需支撐結構，因此能列印複雜幾何。BJ 技術適合批量製造，且與其他雷射 3D 列印製程相比，是少數能顯著提升建造速度並降低營運成本的技術。

什麼是黏著劑噴射？認識 3D 列印的原始技術

黏著劑噴射技術源自於大家日常使用的 2D 噴墨印表機，原理相似，差別在於此技術還能在 Z 方向列印。

黏著劑噴射技術由麻省理工學院開發，1993 年取得專利。其基本機制類似 2D 噴墨：將墨水噴灑在紙上；黏著劑噴射則將黏結劑噴灑在粉末材料上，且可在三個方向列印，形成實體三維零件。

黏著劑噴射積層製程的關鍵差異：

室溫列印：黏著劑噴射在室溫下成形，可避免常見的翹曲與應力問題。

材料範圍廣：可列印金屬、聚合物、複合材料到砂材等多種材料與等級。

自我支撐：粉末床即支撐，無需額外支撐結構，節省材料、成本與後處理時間。

極速成型：最快的金屬 3D 列印技術，可小批量生產。

超大體積：設備成型槽常見 300 × 250 × 250 mm 起跳，最大可達 2200 × 1000 × 800 mm 以上。

黏著劑噴射如何運作？拆解 BJ 製程

（黏著劑噴射製程／Dassault Systems）

以下逐步說明黏著劑噴射工作流程，並解釋為何某些應用特別適合此技術。

黏著劑噴射 3D 列印五步驟

1. 檔案準備與切片

任何 3D 列印都從 CAD 檔開始，建議使用 STEP 格式並上傳至切片軟體。軟體將模型切成數千層薄層，並產生 G-code 供印表機讀取。

2. 鋪粉

列印開始後，刮刀先在工作台上鋪一層薄粉，厚度等同切片設定。

3. 選擇性噴膠

噴頭依路徑在粉末上精準噴灑液態黏結劑，使鄰近粉末顆粒結合，單層列印類似噴墨。先進系統每秒可噴 6.7 億滴。

4. 完成單層並下降

第一層噴膠完成後，噴頭歸位，工作台下降一層厚度，刮刀再鋪新粉，重複循環直至零件完成。

5. 取件

列印結束後，零件仍被粉末包覆，需將其取出並清除鬆散粉末，粉末可回收再用，零件經清潔後進入後處理。

後處理需求

清粉後的零件強度仍不足，稱為「生胚」，需進一步處理才能使用。

金屬件：

固化－低溫烘箱強化黏結劑鍵結

燒結－高溫燒除黏結劑並熔結金屬顆粒

滲銅－必要時以青銅或其他材料填孔

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黏著劑噴射 3D 列印的優缺點？

與任何技術一樣，黏著劑噴射有其優勢與限制，以下說明協助您判斷何時採用、何時避開。

（Digital Metal 系統列印的 M5 螺絲／AMFG）

黏著劑噴射 3D 列印優勢

速度與產能

黏著劑噴射適合量產功能性工業零件，在 3D 列印領域中，此技術在具備一定批量時速度最為突出。

成本效益

黏著劑噴射設備單價雖高，但若比較單次可列印零件數，金屬黏著劑噴射成本通常僅為 DMSL/SLM 的 1/10。不鏽鋼 MIM 粉末每公斤僅 5–10 歐元，對比其他金屬系統的 50–100 歐元，材料成本降低 80–90%。GE Additive 表示，將適當零件轉用黏著劑噴射後，單件成本降幅超過 70%。

BMW 近日透露，每日以 17 台設備列印近 4,000 個砂芯，用於大規模系列生產。

設計自由度

無需支撐，粉末本身即支撐，可實現自由曲面、倒鉤、互鎖組件等傳統製造難以達成的設計。

大成型體積

砂材列印系統成型體積可達 2200 × 1200 × 600 mm，可一次多件或單件大型化。

材料利用率

95% 以上未黏結粉末可直接回收再用，低廢料帶來成本節約與規模經濟。

黏著劑噴射 3D 列印缺點

表面粗糙度與孔隙

粉末技術皆會在表面留下顆粒紋理，黏著劑噴射件需後處理才能獲得光滑表面。

各向異性

材料性質可能具方向性，延伸率等性能隨測試方向明顯變化。

後處理需求

固化與燒結有時比列印更耗時，影響整體交期。

黏著劑噴射材料：從金屬到砂材

（TriTech 黏著劑噴射鈦零件／TriTech）

黏著劑噴射可處理多種材料，材料選擇直接影響製程參數與最終零件特性。

金屬材料

a. 不鏽鋼

SS 17-4PH：經時效硬化提供高強度，適合高負載工程應用。

SS 316L：密度達 96% 以上，耐蝕性優異，適用醫療與食品設備。

工具鋼

M2：高速鋼，適合切削工具與耐磨件。

H13：熱作模具鋼，用於射出與壓鑄模具。

b. 砂材與鑄造材料

砂材黏著劑噴射省去傳統鑄造模型，可直接 3D 列印砂模與砂芯，再澆鑄任何金屬。常用砂材包括：

矽砂：通用砂，標準鑄造應用。

鉻鐵礦砂：中價位，耐高溫鑄造。

鋯砂：最高價，高精度與嚴格公差鑄造。

c. 陶瓷與特殊材料

碳化矽（SiC）與氧化物陶瓷在適當黏結系統下亦可成型，另可處理金屬－聚合物複材與木基複材，實現永續製造。

探索符合您應用需求的材料選項與製程能力。

實際應用：黏著劑噴射用在哪？

以下為黏著劑噴射技術的真實應用案例。

金屬鑄造與鑄造廠應用

砂模與砂芯

砂鑄是古老技術，黏著劑噴射為其帶來創新。傳統製作砂模與砂芯費時且易碎，黏著劑噴射實現無模型製造，直接列印砂模與砂芯，再澆鑄金屬即可產出零件。

脫蠟鑄造模型

航太渦輪葉片冷卻通道、客製化醫療植入物、傳統工法成本高昂的精密件，如今皆可快速鑄造，節省時間與成本。

生產製造

汽車產業

車廠 24 小時運行黏著劑噴射機，生產夾治具、原型件、支架、射出模嵌件等。BMW 即運行 17 台設備列印砂模與砂芯。

醫療與牙科應用

客製化義肢、手術導板、控釋藥錠、立等可取的牙冠，皆受益於客製化能力。

原型與新產品開發

航太、海事、國防等重工業需不斷迭代，黏著劑噴射可快速產出原型，縮短開發週期。

黏著劑噴射 vs. 其他技術：比較分析

黏著劑噴射與競爭技術相比如何？以下直接比較。

黏著劑噴射 vs. 粉末床熔融（PBF）

速度與產能

PBF 以雷射熔粉，產生殘留應力並需支撐；黏著劑噴射冷製程完全免除這些問題。

成本考量

高混合低批量生產，黏著劑噴射最合適；PBF 則適合極少量、高性能精密件。

黏著劑噴射 vs. 材料噴射

材料噴射使用 UV 固化光聚合物，適合透明件與精細特徵，但易脆；黏著劑噴射提供真正功能性材料，經後處理即為最終可用零件。

深入了解兩者差異，請參閱：黏著劑噴射 vs. 材料噴射。

黏著劑噴射生態系：設備、廠商與服務

（HP Metal Jet 系統／HP）

以下盤點市場領導廠商。

主要設備製造商

ExOne（隸屬 Desktop Metal）

ExOne 二十年來引領黏著劑噴射，2021 年被 Desktop Metal 以 5.75 億美元收購。

產品線包括：

 Innovent+－研究入門機

 X1 Series－大型量產系統

 S-Series－鑄造用砂材巨獸

其他知名廠商

 voxeljet，德國 OEM，生產工業級黏著劑噴射系統。

 FZHL，中國領導廠商，提供多尺寸黏著劑噴射設備。

 HP 開發獨家 Multi Jet Fusion 技術。

 Digital Metal 提供高精度黏著劑噴射設備，應用廣泛。

結語：黏著劑噴射 3D 列印的未來

黏著劑噴射問世最早，如今深入航太、海事、太空、國防等核心領域。其最大優勢在於以低成本製造複雜零件，這些零件若用其他 3D 列印技術甚至傳統工法，皆難以或高成本生產。

隨技術持續演進、成本下降、材料庫擴大，應用場景與採用度將進一步提升。

若您想快速製造複雜金屬件並降低開發成本，黏著劑噴射是首選技術。

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