在先进制造中，脱脂是去除模压或打印部件（称为“生坯件”）中临时聚合物“粘结剂”的关键过程。这个关键的中间步骤发生在初始成型（如金属注射成型或粘结剂喷射）之后，以及最终热处理（烧结）之前，烧结是将材料颗粒熔合在一起形成致密实心物体。
脱脂将易碎的聚合物-粉末复合材料转变为多孔的纯粉末结构，为最终致密化做好准备。粘结剂去除的方法和精度至关重要，因为它直接决定了最终部件的结构完整性和质量。
为什么脱脂是必需的步骤
在金属或陶瓷粉末可以烧结成最终形状之前，赋予其初始形状的粘结剂必须被彻底而小心地清除。
“生坯件”：一种临时复合材料
“生坯件”是通过金属注射成型（MIM）或粘结剂喷射3D打印等工艺生产的初始部件。它不是由纯金属或陶瓷制成的，而是最终粉末材料和大量聚合物粘结剂的复合混合物。
粘结剂作为“支架”的作用
粘结剂充当临时支架。在模塑或打印过程中，它会液化以携带粉末颗粒并填充模腔，然后固化以使生坯件具有精确的形状和足够的强度以便于处理。
为最终烧结做准备
在部件进入高温烧结炉之前，必须去除这种粘结剂。如果残留，粘结剂会在烧结过程中迅速烧掉，释放出的气体会在最终部件中产生裂纹、气泡和灾难性缺陷。脱脂以受控的方式去除这个支架。
三种主要的脱脂方法
脱脂方法的选择取决于粘结剂系统、部件几何形状、材料和生产要求。大多数现代工艺使用这些方法的组合。
1. 溶剂脱脂
在溶剂脱脂中，将生坯件浸入液体浴中。液体充当溶剂，溶解粘结剂系统的重要部分。
这个过程通常是多阶段方法的第一步。它能快速打开部件内部的气孔网络，使剩余的粘结剂在随后的热处理步骤中更容易被去除。
2. 热脱脂
热脱脂是最常见的方法，可以作为独立过程，也可以作为溶剂脱脂后的最后阶段。将部件在受控气氛的炉中缓慢加热。
热量首先熔化剩余的粘结剂，使其渗出到表面，然后缓慢升温至粘结剂热分解并蒸发的温度。加热速率对于防止缺陷至关重要。
3. 催化脱脂
这是最快的方法。将生坯件放入装有气态酸（通常是硝酸）的烤箱中，该酸充当催化剂。在相对较低的温度（约120°C）下，催化剂将主要粘结剂（通常是聚甲醛）分解成甲醛，然后从烤箱中排出。
虽然速度极快，但由于使用了危险的酸，该方法需要专业的设备和严格的安全规程。
理解“褐坯件”
脱脂过程完成后存在的部件被称为“褐坯件”。
易碎的多孔骨架
褐坯件是一种几乎完全由金属或陶瓷粉末组成的孔隙结构。粘结剂已经消失，粉末颗粒仅通过微弱的摩擦力和颗粒间作用力结合在一起。
由于其多孔性，褐坯件极其易碎，呈粉状。在进入烧结炉之前，必须极其小心地处理它，以防止破损。
烧结的理想状态
消失的粘结剂留下的孔隙网络对于成功的烧结至关重要。它允许均匀的热量传递，并为部件收缩和致密化成固体、高性能部件提供了所需的空间。
理解权衡和陷阱
脱脂是一个微妙的平衡。此阶段的错误是部件失效的主要原因。
开裂和变形的风险
如果粘结剂去除得太快——例如，加热部件过快——分解聚合物产生的气体可能会积聚内部压力。这种压力会导致部件开裂或使其坍塌变形。
粘结剂去除不完全
未能去除所有粘结剂同样成问题。粘结剂残留的碳可能会干扰烧结过程中的冶金，导致最终部件的脆性或不良机械性能。
速度与成本和复杂性的权衡
催化脱脂为大批量生产提供了无与伦比的速度，但带来了较高的资本成本和显著的安全/环境考虑因素。热脱脂速度较慢，但应用更广泛，实施成本通常更低。
选择正确的脱脂策略
您的选择应直接与您的生产目标、材料选择和部件复杂性保持一致。
- 如果您的主要重点是实现大批量的最大生产速度： 尽管初始投资较高，但催化脱脂因其快速的循环时间而成为行业标准。
- 如果您的主要重点是处理各种材料或复杂的几何形状： 两步溶剂和热处理工艺为广泛的应用提供了出色的控制和多功能性。
- 如果您的主要重点是小批量生产的简单性和较低的设备成本： 直接的热脱脂工艺是最直接的，尽管它的循环时间最长。
掌握脱脂过程是从原材料粉末到精密工程最终部件的不可或缺的桥梁。
总结表：
| 脱脂方法 | 关键过程 | 最适合 |
|---|---|---|
| 溶剂脱脂 | 在液体浴中溶解粘结剂 | 快速初始去除，形成多孔结构 |
| 热脱脂 | 加热部件以熔化/分解粘结剂 | 通用应用，最常见的方法 |
| 催化脱脂 | 在低温下使用气态酸催化剂 | 大批量生产，循环时间快 |
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