本文属于类型b，是一篇关于金属材料挤出增材制造（metal material extrusion additive manufacturing, Metal MEX）与金属注射成型（metal injection moulding, MIM）技术对比的综述论文。以下是针对中文读者的学术报告：

作者及发表信息

本文由Chanun Suwanpreecha和Anchalee Manonukul（均来自泰国国家金属与材料技术中心MTEC）合作撰写，发表于期刊Metals 2022, 12, 429，DOI链接为10.3390/met12030429。

主题与背景

论文聚焦于金属材料挤出增材制造（Metal MEX）技术的系统性综述，并对比其与传统金属注射成型（MIM）的工艺特性与性能差异。Metal MEX是3D打印技术的一种，因其经济性、安全性及与聚合物挤出工艺的兼容性近年来备受关注。本文旨在梳理Metal MEX的工艺流程（包括原料制备、打印、脱脂烧结）、关键参数及其对物理与机械性能的影响，同时通过对比MIM标准（如MPIF 35和JPMA），评估Metal MEX当前发展水平与应用潜力。

主要观点与论据

1. Metal MEX的工艺分类与设备

• 核心分类：根据给料系统分为螺杆式（screw-based）、活塞式（plunger-based）和丝材式（filament-based）三类。
  
  • *螺杆式*：使用类似MIM的粒状原料，连续供料效率高，适合工业化生产（如AIM3D公司的CEM系统）。
    
  • *活塞式*：采用棒状原料，需额外制备步骤，但材料兼容性广（如Desktop Metal的BMD技术）。
    
  • *丝材式*：依赖柔性金属-聚合物复合丝材，设备成本低但原料脆性大（如Ultrafuse 316L商用丝材）。
    
• 论据：通过分析不同打印机型号（表1）及商业化设备案例（图4-5），说明螺杆式在材料多样性上的优势，而丝材式因与普通FDM打印机兼容更普及。
  

2. 原料的特性与挑战

• 粉末与粘结剂要求：Metal MEX原料需满足高固含量（50-60 vol.%）、球形粉末（粒径<20 μm）及多组分粘结剂（如热塑性弹性体TPE）。
  
  • *对比MIM*：MIM固含量更高（60-69 vol.%），但Metal MEX因需兼顾打印流动性而降低固含量，导致烧结收缩率更高（12-20% vs. MIM的15-18%）。
    
• 论据：通过表2-3列举的原料数据，指出商用丝材（如BASF Ultrafuse 316L）通过添加聚合物外壳解决脆性问题（图6），而自制丝材需优化粘结剂配方（如添加增韧剂）。
  

3. 工艺链关键环节的影响

• 脱脂与烧结：Metal MEX脱脂需分步（溶剂脱脂+热脱脂）以避免缺陷，烧结密度受打印路径空隙限制，通常低于MIM。
  
  • *数据支持*：316L不锈钢的Metal MEX烧结密度为94-97%（表3），而MIM可达99%（表2）；Ti-6Al-4V的Metal MEX烧结后延展性（~15%）接近MIM标准（JPMA）。
    
• 论据：通过图2对比MIM与Metal MEX流程，强调打印层间空隙是Metal MEX密度下降的主因，需通过优化路径规划（如减少间隙）或后处理（如热等静压HIP）改善。
  

4. 性能对比与标准化缺口

• 机械性能：Metal MEX的316L抗拉强度（450-580 MPa）与延伸率（30-60%）接近MIM标准（MPIF 35），但各向异性更显著。
  
  • *原因*：打印方向影响层间结合强度（图8展示固含量与脆性关系）。
    
• 论据：引用应力-延伸率曲线（图未展示），说明烧结温度与密度的关联性（如1350℃烧结时相对密度达97%）。
  

意义与价值

1. 学术价值：首次系统汇总Metal MEX全流程参数，填补了该领域机械性能数据的空白（此前综述未深入讨论性能）。
   
2. 工业价值：为MIM厂商转向Metal MEX提供技术路线（如直接复用现有脱脂烧结设备），推动低成本金属增材制造的普及。
   
3. 未来方向：建议开发更高固含量丝材、优化打印路径算法，并建立Metal MEX专属国际标准。
   

亮点与创新

• 数据整合：首次绘制了“固含量-收缩率”“烧结温度-密度”等关系图谱（图未展示），直观对比三大合金（316L、17-4PH、Ti-6Al-4V）性能。
  
• 跨技术对比：通过MIM标准反推Metal MEX的成熟度，提出“Metal MEX需解决层间空隙以匹配MIM密度”的核心观点。
  
• 案例覆盖：涵盖超60篇文献（1996-2022年），包括新兴材料（如AZ91镁合金）的探索性研究。
  

其他有价值内容

• 提出“螺杆式Metal MEX或成MIM厂商转型首选”的预测，因其可直接兼容MIM原料（如Polymim粒料）。
  
• 指出商用丝材（如Virtual Foundry Filamet）的PLA基粘结剂需低温脱脂，限制其烧结密度提升的空间。
  

（字数：约2000字）