纳米颗粒喷射金属3D打印技术！XJet 打造端到端自动化工业金属增材制造解决方案

在增材制造行业，我们经常谈论更快的打印速度以及零件从CAD模型到打印机中实际结构的快速转化，但对生产链中这一特定（尽管至关重要）步骤的关注有时会掩盖从设计到真正成品、可直接投入使用的组件所需的时间。简而言之，金属零件从打印平台上取下后就被视为成品的情况非常少见。

XJet是一家专注于金属和陶瓷材料喷射成型解决方案的公司，他们将这种现象称为“打印完成”和“生产就绪”之间的差距。“金属增材制造行业已经非常擅长展示打印完成的瞬间——从粉末床上取出的崭新零件或刚从打印平台上取下的光滑表面，这些画面令人赏心悦目。XJet解释道：“技术规格通常会重点介绍 打印体积、层厚、激光功率和材料选项 ，但打印后数小时、数天甚至数周内发生的事情，在演示文稿和产品手册中却很少被提及。”

任何制造商都清楚，打印后的所有步骤都会显著影响 交货周期、人工需求和成本 。例如，去除支撑结构通常需要熟练的技术人员和专用工具；热处理循环需要变形补偿策略；表面精加工步骤对于复杂几何形状的零件而言，耗时可能高达总制造时间的 80%；以及对于无法进行自动化后处理的精密零件，需要遵循特定的零件处理流程。此外，迭代周期或故障处理也会耗费大量时间。

△视频：南极熊专访以色列XJET

为了缩短并最终消除“打印完成”和“生产就绪”之间的差距，必须提升整个生产链的效率。XJet正是秉持着这一理念，致力于为客户提供一次性成功的解决方案，旨在集成覆盖整个数字化制造周期的自动化架构。

从打印到后处理的集成硬件

XJet端到端金属增材制造解决方案的核心是 纳米颗粒喷射（NPJ）技术 。这项技术已通过XJet的 Carmel系列3D打印机 实现商业化，它是一种无粉工艺，利用数千个打印喷嘴将墨水（由专利液体和金属纳米颗粒组成）选择性地沉积到构建托盘上。喷嘴还会同时在需要的位置精确沉积支撑材料，以防止悬垂或复杂几何形状的部件发生坍塌。每层完成后，构建托盘下降，然后沉积新的一层。这一过程在高达 160摄氏度 的温度下进行，使包裹在每个金属颗粒周围的“液态外壳”蒸发，金属颗粒在沉积过程中相互结合，最终形成密度和冶金性能与传统制造的金属零件相当的金属结构。

NPJ工艺的固有特性有效地简化了后生产步骤。例如，XJet工艺中使用的支撑材料是水溶性的，因此可以通过简单的自动清洗流程轻松去除，无需人工移除支撑材料，也省去了专业技术人员的工作。支撑材料的去除采用公司自主研发的 SMART（支撑材料自动去除技术） 解决方案，这套无需人工干预的系统可以轻松编程以适应不同的作业类型，并对清洗过程进行全程监控。

值得注意的是，XJet 工作流程中的烧结阶段具有优势，因为由此产生的收缩是各向同性的（在三个轴向上均匀），并且高度可预测。这是因为 NPJ 在成型材料中使用了 金属纳米颗粒 ，从而形成几乎不含空气或粘合剂的“生坯”。具体而言， 收缩率是可预测的（≈15%） ，而其他基于粘合剂的工艺通常会经历更高且不均匀的收缩，最高可达 25%。

此外，由于采用无粉工艺（墨水安全地封装在墨盒中），XJet 的解决方案仅使用必要的材料，无需任何除粉或粉末管理步骤——这些步骤不仅会延长端到端生产链的时间，还会带来安全隐患。总体而言，XJet 的工作流程（包括 NPJ 打印、清洗和烧结）能够打印具有复杂几何形状和高质量表面光洁度（1440 DPI分辨率和小于 10 微米的层厚）的金属零件。这省去了诸如机械加工和研磨等后处理步骤，而这些步骤有时会在打印后用于平滑粗糙表面并实现严格的公差。

XJet 软件套件一次成功

上述硬件解决方案的基础是XJet的软件套件，它为用户提供直观且高度自动化的零件准备、打印和后处理流程。软件套件包含三个程序，首先是 自动零件规划软件X-Plan 。借助X-Plan，用户可以轻松上传CAD模型，并享受自动零件定向和快速零件布局功能，还可以从各种预设的增材制造模式中进行选择。此外，用户无需修改零件设计来考虑烧结收缩，软件会自动完成这项工作。

套件中的第二个软件是 X-Hub ，它是一款 作业管理程序 ，集成了专有的切片软件、作业管理工具，并能自动为整个打印托盘生成高效的支撑结构。由于 XJet 使用专用的可溶性支撑材料，X-Hub软件经过优化，仅在结构需要的地方放置支撑材料。这省去了传统手动设计支撑所需的耗时、精力和猜测，确保了材料利用率最高，并在无需高技能技术人员的情况下实现最佳打印质量。

XJet 还拥有 X-Print 程序 ，这是一款 包含系统控制和管理工具 的生产软件。X-Print 通过用户友好的触摸屏图形用户界面 (GUI) 进行访问，并提供各种向导来简化数字化生产流程。这套包含三个组件的软件旨在简化生产准备和控制，最大限度地减少用户操作，同时确保流程优化。

设计自由如何创造价值

XJet 基于 NPJ 的数字生产链强调精简流程，不仅加快了打印速度，还简化甚至省去了印后处理步骤。总而言之，XJet 的解决方案可以将原本需要数周的生产流程缩短至短短几天，具体方式如下：

(1) 使用自动清洗站简化支撑物移除过程

(2) 打印高分辨率零件，几乎无需后续加工。

(3) 将脱脂和烧结结合在一个步骤中

对于航空航天、医疗保健和消费品等对精度要求极高的行业而言，能够打印小型、复杂、高分辨率且烧结后几乎无需后续加工的金属零件极具吸引力。正如XJet所说，目标客户来自高价值行业，这些行业对精度和复杂性的要求决定了高端制造工艺的价值。

值得注意的是，XJet并非那些试图将自身技术定位为传统制造方式替代品的增材制造公司之一。他们的解决方案带来了全新的理念，而这在以前由于传统金属生产方法的设计限制而无法实现。

例如，在消费领域，XJet 的端到端金属增材制造解决方案拥有多种应用，包括无需模具、只需极少组装即可打印的手表表带和配件、可定制的贵金属珠宝以及复杂的眼镜镜腿末端部件。在医疗保健领域，XJet 技术的高精度已被证明非常适合各种应用，例如用于机械臂的高精度手术针头和可扩展定制的皮下输液管。在航空航天和工业领域，金属增材制造工艺在制造复杂的机械部件、液压系统等方面具有重要价值。

这些行业以及其他行业都能从XJet公司致力于缩小打印件与生产就绪件之间差距的努力中获益匪浅，从而实现更短、高度自动化的生产周期，并最大限度地减少后处理步骤。对于某些特定几何形状，XJet 仅需 48 小时即可完成从CAD 模型到生产就绪件的整个作业周期。

Carmel Pro 扩大了使用范围

通过推出紧凑且经济高效的NPJ平台CarmelPro，这种精简的生产能力已扩展到更广泛的用户群体。这款新解决方案提供与大型Carmel系统相同的精度和质量，同时为中小企业、研究中心和珠宝制造商敞开了大门，使他们能够负担得起以往大型解决方案可能带来的高昂成本。

Carmel Pro 的成型尺寸为350 x 140 × 80 毫米（相比之下，Carmel 1400 的成型尺寸为 500 x 140 毫米），并兼容所有 XJet 材料，包括当前和未来的陶瓷及金属墨水。Carmel Pro 硬件还配备四个材料通道，可实现多材料打印。最值得一提的是，这套系统的价格比高端 Carmel 系统低 70%，售价约为30 万美元。这一全新平台将 XJet 独特的价值主张——集成化、精简的生产流程——带给更广泛的客户群体，进一步助力用户开发创新且复杂的产品。