「商业」如何利用粉末沉积工艺制造价廉、可扩展的多层材料3D打印?

「商业」如何利用粉末沉积工艺制造价廉、可扩展的多层材料3D打印?

3D打印公司Aerosint的工程师最近发表了一篇文章,概述了该公司对未来多材料3D打印的想法。天工社今年1月份就报导了比利时SLS专家已经在尝试开发多种材料的3D打印机,而且这项技术的进一步发展可能会对制造业产生革命性的影响。

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如何利用粉末沉积工艺制造价廉、可扩展的多层材料3D打印?

多材料3D打印对于增材制造技术的未来以及开发这种技术的公司来说非常重要,因为大多数产品往往是由多种材料制成。在同一系统同时3D打印不同材料变得更加容易之前,该技术的大规模生产应用仍将局限于类似逆向工程替换过时组件这样

在可扩展性和经济性方面,目前难以实现多材料3D打印。3D打印多种材料的最常用方法之一就是复合材料。复合材料实际上是两种不同的材料,以某种方式结合在一起。例如高耐热性和机械强度,这使它们具有两种材料的特性的组合。金属合金或纤维增强聚合物便是这种复合材料。

功能梯度材料(FGM)可以说是Aerosint文章中所述称为复合材料世界的“圣杯”的最佳复合材料。代替通常情况下的增强材料分布在整个基础材料中,FGM由两种或两种以上材料组成,每种材料之间有渐变界面,从一个过渡到另一个。与两种材料之间的明显界限处的浓度相比,这提供了更好的机械,热和化学应力分布,这将导致弱点。与会导致缺陷的两种材料之间的明显边界相比,这提供了更好的机械应力、热力和化学应力分布。

如何利用粉末沉积工艺制造价廉、可扩展的多层材料3D打印?

FGMs在极其高的热、机械和/或化学应力的极端环境中最有用,在这种情况下,单一材料部件必然会失效。FGM中,每种材料的机械、热力或化学优势有效地抵消了另一种材料的劣势。

大多数3D打印技术都能够以多种方式创建FGM。FDM 3D打印技术可以在多挤压系统中融合不同的聚合物。为了展示这种方法的可能性,米其林最近将不同的聚合物结合起来生产出一个先进的概念轮胎,该轮胎在其整个结构中具有非常不同的弹性。然而,这种方法在规模和速度方面仍然有限。大规模生产的需求意味着FDM仍然局限于生产原型。

更先进的3D打印技术直接金属沉积(DMD),可以生产具有接近连续梯度的金属对金属和金属对陶瓷的FGM复合材料。这种方法的缺点是费用昂贵且费时。这项技术本身就需要花钱购买和维护,每个部分一次只能制作一个。材料浪费率约为70%,因此阻止DMD技术的应用是另一个严重问题。

如何利用粉末沉积工艺制造价廉、可扩展的多层材料3D打印?

在未来,SLS或SLM 3D打印技术最有可能成为生产价廉、可扩展FGM零件的解决方案。这些粉末床技术快速,相对便宜,能够批量生产不同尺寸的产品。然而,这种技术能大规模制造FGM复合材料的方法还尚未得到证实。采用粉末床熔合技术制造FGM复合材料的关键是多粉末沉积体系与双材料共烧结相结合,可在打印过程中提供体素级控制。 Aerosint公司正在沿着这些路线开发一些产品,到目前为止已经实现了两种粉末的沉积。从理论上讲,材料的数量是无限的,只要流动性和粒径分布与SLS工艺兼容,粉末可以是聚合物、金属或陶瓷。

如果要在实现3D打印中实现多材料复合材料的集成,这意味着用到增材制造技术的可能性大大增加。每一个制造业都将受益于新一代的部件,这些部件具有精巧的几何结构和先进的材料性能,生产速度很快,按需供应。

(编译自3ders.org)

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