FRAUNHOFER IKTS開發用于陶瓷和金屬的多材料點膠系統
時間：2020-09-08 14:53 來源：中國3D打印網 作者：中國3D打印網 閱讀：次
中國3D打印網9月8日訊，弗勞恩霍夫陶瓷技術與系統研究所（IKTS）的團隊開發了一種多材料噴射（MMJ）系統，可將多種材料組合成一個增材制造零件。基于熱塑性粘合劑系統，新系統利用高性能材料（例如陶瓷和金屬），將不同的材料及其各種特性組合到一個產品中。
增材制造陶瓷
增材制造的早期階段以聚合物為主導，但是此后擴展到包括金屬和陶瓷基材料。一家領先的公司是粘合劑噴射3D打印機制造商ExOne，該公司的3D打印機能夠打印金屬，陶瓷和復合材料，并且新材料不斷獲得認證。
最近，ExOne在其Iconel 718鎳基高溫合金中被授予“第三方資格”，該合金通常用于高應力航空，能源和汽車應用中，類似于Fraunhofer研究人員認為其MMJ系統將適合的應用。 Iconel的特點是強度高，硬度高，耐腐蝕和耐化學腐蝕，并具有出色的焊接性能，并且能夠承受從零下到700°C的極端溫度。
在其他領域，最近3D打印專家Lithoz專有的基于光刻的陶瓷制造（LCM）技術首次用于康寧玻璃陶瓷材料的3D打印，而陶瓷專家3DCERAM-SINTO則改進了其陶瓷3D打印技術，以開發下一個醫用X射線成像系統的一代。
3D打印的Inconel 718零件。通過ExOne拍攝。
Fraunhofer IKTS的新系統
弗勞恩霍夫（Fraunhofer）的MMJ系統以連續過程制造零件。制成零件的陶瓷或金屬粉末均勻地分布在熱塑性粘合劑物質中。然后將由此產生的漿液裝入微定量系統（MDS），以開始制造過程。漿料在MDS中在大約100攝氏度的溫度下熔化，產生一種可以微小液滴釋放的物質。
研究人員開發的相應軟件程序可確保液滴的精確定位，這些液滴將通過高精度的計算機控制過程逐一沉積。逐漸地，零件以高達60mm的速度堆積，每秒下降1000次。該系統的液滴尺寸在300至1000μm之間，可形成高度在100至200μm之間的沉積層。當前可以制造的零件的最大尺寸為20×20×18厘米。
Scheithauer解釋說：“關鍵因素是金屬或陶瓷漿料的定制加料。正確確定劑量是確保增材制造的最終產品在隨后的熔爐燒結過程中具有所需性能和功能的關鍵，包括強度，導熱率和導電率等性能。”
弗勞恩霍夫IKTS 每秒高達1000滴的高精度材料沉積。圖片來自Fraunhofer IKTS。
潛在的應用
Fraunhofer研究人員應用IKTS系統的一個例子是制造高度復雜的零件，例如由陶瓷制成的衛星推進發動機的點火系統。陶瓷的耐熱能力使其成為達到極高溫度的衛星燃燒室的合適材料選擇。
點火系統將單個區域內的導電區域和絕緣區域結合在一起，并需要三個計量系統：一個用于在爐內熱處理過程中分解的支撐材料，另一個用于導電組件，第三個用于電絕緣組件。據研究人員稱，MMJ在消費產品市場上也可能有多種應用，并且由于其高精度和靈活性，它不僅適用于制造多功能組件，還適用于更多領域。Scheithauer說：“例如，我們也可以用它來制造硬質合金零件的毛坯。由于配料系統具有極高的精度，因此毛坯的輪廓已經非常接近最終產品的輪廓。因此，與常規方法相比，它們將需要很少的后續研磨。當您使用硬質合金時，這是一個很大的優勢。”
Fraunhofer IKTS的研究員Uwe Scheithauer說：“目前，我們一次可以處理多達四種不同的材料。”該技術可以使公司生產具有個性化特性的高度集成的多功能組件。
增材制造陶瓷
增材制造的早期階段以聚合物為主導，但是此后擴展到包括金屬和陶瓷基材料。一家領先的公司是粘合劑噴射3D打印機制造商ExOne，該公司的3D打印機能夠打印金屬，陶瓷和復合材料，并且新材料不斷獲得認證。
最近，ExOne在其Iconel 718鎳基高溫合金中被授予“第三方資格”，該合金通常用于高應力航空，能源和汽車應用中，類似于Fraunhofer研究人員認為其MMJ系統將適合的應用。 Iconel的特點是強度高，硬度高，耐腐蝕和耐化學腐蝕，并具有出色的焊接性能，并且能夠承受從零下到700°C的極端溫度。
在其他領域，最近3D打印專家Lithoz專有的基于光刻的陶瓷制造（LCM）技術首次用于康寧玻璃陶瓷材料的3D打印，而陶瓷專家3DCERAM-SINTO則改進了其陶瓷3D打印技術，以開發下一個醫用X射線成像系統的一代。
3D打印的Inconel 718零件。通過ExOne拍攝。
Fraunhofer IKTS的新系統
弗勞恩霍夫（Fraunhofer）的MMJ系統以連續過程制造零件。制成零件的陶瓷或金屬粉末均勻地分布在熱塑性粘合劑物質中。然后將由此產生的漿液裝入微定量系統（MDS），以開始制造過程。漿料在MDS中在大約100攝氏度的溫度下熔化，產生一種可以微小液滴釋放的物質。
研究人員開發的相應軟件程序可確保液滴的精確定位，這些液滴將通過高精度的計算機控制過程逐一沉積。逐漸地，零件以高達60mm的速度堆積，每秒下降1000次。該系統的液滴尺寸在300至1000μm之間，可形成高度在100至200μm之間的沉積層。當前可以制造的零件的最大尺寸為20×20×18厘米。
Scheithauer解釋說：“關鍵因素是金屬或陶瓷漿料的定制加料。正確確定劑量是確保增材制造的最終產品在隨后的熔爐燒結過程中具有所需性能和功能的關鍵，包括強度，導熱率和導電率等性能。”
弗勞恩霍夫IKTS 每秒高達1000滴的高精度材料沉積。圖片來自Fraunhofer IKTS。
潛在的應用
Fraunhofer研究人員應用IKTS系統的一個例子是制造高度復雜的零件，例如由陶瓷制成的衛星推進發動機的點火系統。陶瓷的耐熱能力使其成為達到極高溫度的衛星燃燒室的合適材料選擇。
點火系統將單個區域內的導電區域和絕緣區域結合在一起，并需要三個計量系統：一個用于在爐內熱處理過程中分解的支撐材料，另一個用于導電組件，第三個用于電絕緣組件。據研究人員稱，MMJ在消費產品市場上也可能有多種應用，并且由于其高精度和靈活性，它不僅適用于制造多功能組件，還適用于更多領域。Scheithauer說：“例如，我們也可以用它來制造硬質合金零件的毛坯。由于配料系統具有極高的精度，因此毛坯的輪廓已經非常接近最終產品的輪廓。因此，與常規方法相比，它們將需要很少的后續研磨。當您使用硬質合金時，這是一個很大的優勢。”
弗勞恩霍夫IKTS MMJ微量計量系統的示意圖。圖片來自Fraunhofer IKTS。
既然Fraunhofer IKTS的項目已經證明了該技術在實踐中是可行的并且具有可擴展性，那么下一步就是驗證該技術是否可用于商業用途。 Fraunhofer IKTS表示，除了提供硬件之外，它還可以幫助行業客戶開發過程監控和自動化所需的材料和軟件，這意味著他們可以從單一來源獲得所需的一切。
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