导读：近日，中国科学院上海硅酸盐研究所陈健副研究员首次提出高温熔融沉积3D打印结合反应烧结制备高固含量SiC陶瓷的新方法，成功制备出力学性能接近于传统方法制备反应烧结的SiC陶瓷。相关研究成果发表在《Additive Manufacturing》，并申请中国发明专利2项。 碳化硅陶瓷的应用与传统制造难点 碳化硅陶瓷是一种具有高强度、高硬度、高热导率、高化学稳定性等优异性能的陶瓷材料，被广泛应用于航空航天、微电子、汽车工业、核工业等领域。近年来，汽车工业、航空航天等领域都对大尺寸、复杂结构的零部件有强烈的需求。 碳化硅陶瓷的广泛应用 目前对各种复杂结构形状SiC陶瓷需求急剧增加，传统的制造方法复杂、耗时、模具设计制作周期长。由于其极高的硬度和脆性，导致其加工极其困难。刀具不仅磨损严重，而且还可能产生裂纹等缺陷，难以达到良好的表面质量和尺寸精度。基于以上缺点，结合3D打印技术的SiC陶瓷制备技术成为目前研究和应用的主要发展方向，能良好地解决传统陶瓷材料复杂形状难成型、难加工，制作周期长、成本高的问题。 主流3D打印工艺制造SiC陶瓷的不足 当前，3D打印工艺制造陶瓷的技术种类主要包括SLS (激光粉末烧结)、DIW（直接墨水书写）、SLA (光固化)、和BJ (粘结剂喷射)以及FDM（熔融挤出），上海硅酸盐所的科研人员对这几种的陶瓷3D打印技术进行了测试与认证。 与金属3D打印不同的是，陶瓷材料不能通过激光加热陶瓷粉末直接打印。直接SLS制件在烧结过程中产生的热应力难以避免产生裂纹，导致最终产品力学性能较差。 直接墨水书写（DIW）技术是将陶瓷粉末与各种有机物混合，制成陶瓷墨水，然后通过打印机将其打印到成形平面上形成陶瓷坯体。目前，该技术的难点是墨水中的固相含量太低，这会导致陶瓷坯体致密度较低。 采用直接墨水书写技术3D打印的Al2O3坯体 SLA是一种基于光敏陶瓷浆料光聚合的有效紫外光固化技术，是当前主流的陶瓷3D打印工艺，但由于碳化硅的高吸光度、高折射率，限制了浆料的固化厚度、固含量等参数。 粉体熔融沉积成型(FDM)3D打印技术在传统熔融沉积方法的基础上，采用粉体混炼然后挤出机构3D打印制备SiC陶瓷，该方法具有以下优点：可粉体打印，原料制备方便；在常温状态下，粘接剂粘结力强；在高温状态下，粘接剂流动性好；在打印过程中可以通过温控消除应力；打印样品在常温下强度大；打印产品可常压烧结制备或反应烧结制备SiC陶瓷；打印料可循环利用。 BJ工艺可以快速打印复杂形状，同时保持打印精度。然而，BJ工艺限制了粉末的填充密度，导致SiC体积分数受限。 NASA格伦研究中心采用粘结剂喷射技术打印的SiC陶瓷复合材料涡轮发动机部件 研究团队对比发现，常规的3D打印方法制备陶瓷材料，往往有机物含量较高，有利于打印成型，而陶瓷固含量相对较低，采用常压烧结方法一般材料难以达到高致密度，而SiC反应烧结是通过浸渗的熔融硅与坯体内的碳反应，将坯体中的SiC颗粒结合起来，从而实现陶瓷致密化。相比于常压烧结和热压烧结等常规方法，更容易实现材料致密化，同时反应烧结具有烧结温度低、烧结前后尺寸变化小等特点。 国产3D打印方案为高固相含量SiC陶瓷打印带来可能 如能实现SiC陶瓷大尺寸、轻量化、一体化制造显然是更好的选择。作为国内领先的金属/陶瓷挤出3D打印工艺的制造商——升华三维给出了解决方案——大尺寸独立双喷嘴打印机UPS-556系统。 PEP技术是3D打印+粉末冶金”相结合的金属/陶瓷间接3D打印技术，是Powder Extrusion printing的简称。研究团队使用PEP技术实现了高固含量SiC陶瓷材料的3D打印，结合反应烧结制备出致密高强的SiC陶瓷材料，从而解决SiC陶瓷材料复杂形状难加工，制作周期长的问题。 利用UPS-556系统，PEP技术将热加工过程转移到烧结步骤，这使得更容易管理热应力，因烧结温度低于其他类型的直接3D打印工艺中所需的完全熔化温度，并且热量可以更均匀地施加，从而确保了产品性能的一致性。 UPS-556采用独立双喷嘴设计，可以同时打印或者各自轮流打印金属和陶瓷不同种类材料的复合产品开发，实现复杂结构和产品的快速成形，大大节省了产品打印时间，具有操作简单、工业型、高精度、高质量、高性价比等优点。再结合反应烧结制备工艺在复杂结构碳化硅陶瓷产品近净尺寸成型方面形成了巨大优势，从而提高了产品生产效率并降低生产成本，为制造复杂结构陶瓷提供了新的工艺方案。 SiC陶瓷3D打印示意图 近日，该研究团队首次提出了高温熔融沉积结合反应烧结制备SiC陶瓷新方法。该方法采用高温原位界面修饰粉体，低温应力缓释制备出高塑性打印体，获得了低熔点高沸点的高塑性打印体，材料固含量超过60vol%；之后对塑性体进行高密度叠层打印，打印的陶瓷样品脱脂后等效碳密度可精确调控至0.80 g·cm-3，同时对陶瓷打印路径进行拓扑优化设计，可在样品中形成树形多级孔道；最终陶瓷样品无需CVI或PIP处理直接反应渗硅烧结后实现了低残硅/碳的高效渗透和材料致密化，SiC陶瓷密度可达3.05±0.02 g·cm-3，三点抗弯强度为310.41±39.32 MPa，弹性模量为346.35±22.80 GPa，陶瓷力学性能接近于传统方法制备反应烧结SiC陶瓷。 不同形状尺寸的SiC陶瓷 经加工的~200mm 3D打印SiC陶瓷相关研究成果发表在《Additive Manufacturing》，并申请中国发明专利2项。该方法有望实现低成本、高效率的复杂结构陶瓷产品近净尺寸成型技术的工业化应用。同时该塑性体打印方法避免了微重力条件下粉体打印潜在的危害，为未来空间3D打印提供了可能。 注：本文内容参考自研究团队已公开专利及中科院上海硅酸盐所公众号。欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博千人交流Q群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.上百家3D打印企业！9月14-16日Formnext展览会解锁增材智造新技能！ 2.几种主流陶瓷3D打印工艺的关键特点及航空航天应用面临的挑战 3.一种用短切陶瓷纤维增强的新型3D打印耐高温复合线材 4.国家增材中心《大讲堂》第一讲：陶瓷增材制造控形控性关键技术

陶瓷增材制造是近年来增材制造领域的一个重要发展方向。北京十维科技是国内先进陶瓷增材制造领域的知名高新企业，公司成立于2014年，团队核心成员均来自清华大学，拥有自动化、机械、电子、材料等跨领域专业背景。2016年，十维科技在国内首次上市了性能卓越的光固化陶瓷3D打印解决方案，包括硬件、软件、材料、工艺等，攻克了传统陶瓷无法加工复杂结构、工期长、成本高、成品率低的痛点，相关产品广泛用于包括航空涡轮发动机叶片制造、骨骼植入体制造，以及化工和环保等科研及产业领域，获得了所有客户的一致好评。 十维科技陶瓷3D打印应用 2021年，十维科技推出了五款机型。从研发切入，公司在产品定型后依然可以在量产阶段施展拳脚，帮助客户生产性能稳定的产品，无缝对接研发和生产，推出了增材制造终极形态的高端多材料复合打印机。除了销售成品，十维科技也提供非标定制化服务，可以根据企业的需求，打造生产线，提供定制的3D打印解决方案，推出了面向科研实验室应用的桌面级高性价比打印机。 AUTOCERA系列设备 以升级版AUTOCERA-R为例，这是一款研发专用型陶瓷光刻3D打印机，能够更精准的匹配实验室研究的各种需求，性价比更高。其配备了专门为科研工作者浆料开发使用的模块。传统情况下测试一种浆料，需要准备几十毫升甚至数升之多，一旦有问题又需要全部清洗掉重新备料。消耗大，步骤繁杂，大大加重了研发的工作量，拖延了工作进度。 而升级版的AUTOCERA-R只需三滴浆料，三步操作即可完成浆料性能检测。操作方便，数据记录及时，参数调节直观快捷。人性化设计的远程监控和自动加料等辅助功能，能更好的减轻研发工作的繁重。 十维科技创始人、CEO万力介绍陶瓷3D打印机目前公司已经在三个城市进行了设备的现场展示活动，让客户能近距离亲身感受十维科技光刻陶瓷3D打印设备的实用性和易用性。活动得到了许多客户的支持和好评，也收到了许多反馈意见，有利于公司做好设备的进一步改进。 左右滑动查看更多巡展照片 如果您希望更多了解AUTOCERA，欢迎与公司联系。十维科技将尽快到达您所在的城市，与您共同探讨陶瓷增材制造的全新定义。 联系人：敖晖 销售总监 手机：13911524778 邮箱：nicole@10dim.com 欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博千人交流群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.陶瓷3D打印面临的挑战，一种增韧解决方案与未来市场 2.几种主流陶瓷3D打印工艺的关键特点及航空航天应用面临的挑战 3.现在及未来，将受益于陶瓷3D打印的行业有哪些 4.生物医疗领域使用陶瓷3D打印面临的挑战

3D打印材料是3D打印产业中不可或缺的一部分，3D打印材料技术水平直接影响到3D打印产业的发展。多方因素助力3D打印材料行业发展，我国3D打印材料市场规模不断壮大，在3D打印行业中的比重也水涨船高。由于3D打印在装备制造业中应用较广，金属类3D打印材料的需求也变得越来越大，未来我国3D打印材料行业将逐一解决行业发展痛点，不断向更高质量，更严标准，更多产品的方向发展。本文内容来源于前瞻产业研究院。 3D打印材料产业全景图 3D打印材料是3D打印产业中不可或缺的一部分，3D打印材料技术水平直接影响到3D打印产业的发展。近年来，国家层面对我国3D打印材料行业重视程度不断加深，基本形成了较为成熟的产业链。 3D打印材料上游为基础材料供应以及初加工，例如有色金属行业、橡胶加工行业、塑料加工行业、陶瓷加工行业等，为3D打印材料提供符合标准的原材料。 中游产业为3D打印材料产业链中最重要的一环，通过各种技术手段对原材料进行加工，使其成为符合3D打印标准的3D打印材料，目前主流的3D打印材料有金属粉末材料、光敏树脂材料、光固化树脂材料、生物材料、工程塑料材料以及非金属类材料等等。 下游产业为3D打印制造，随着技术的进步，3D打印制造应用场景越来越广泛，应用在工程机械、航空航天、生物医药、汽车制造等领域。 3D 打印技术最早应用于各类原型的快速制造，故在早期也被称为快速原型技术(Rapid Prototyping，RP)。早期的3D打印技术由于材料种类的限制，大多使用有机高分子材料，其机械、化学性能大多难以满足实际应用的需求。随着材料技术与装备技术的发展，将该技术应用于终端零件制造的愿望越来越迫切，因此不仅对3D打印装备提出了更高的要求，对3D打印材料各项性能的要求也日益提高。 3D打印材料是3D 打印技术重要的物质基础，它的性能在很大程度上决定了成形零件的综合性能。发展至今，其材料种类已经十分丰富，主要种类包括聚合物材料、金属材料、陶瓷材料等。 政策分析：政策助推市场规模 随着全球3D打印行业的日益发展，3D打印行业越来越受到国家的关注，而3D打印材料作为3D打印的先行行业，在推动我国3D打印整体发展上扮演着重要的角色。 从积极方面看，国家层面出台了《增材制造产业发展行动计划(2017-2020年)》、《重大技术装备和产品进口关键零部件、原材料商品目录》、《国家支持发展的重大技术装备和产品目录》、《增强制造业核心竞争力三年行动计划(2018-2020年)》等对3D打印材料行业起推动作用的政策，这些政策从制定行业发展目标、给予财政补贴、列入重点领域等方面对3D打印材料行业的发展给予支持。 2020年11月19日，国家市场监督管理总局(国家标准化管理委员会)批准《标准化工作导则 第2部分：以ISO/IEC标准化文件为基础的标准化文件起草规则》等586项推荐性国家标准和2项国家标准修改单，其中包含8项关于3D打印的标准，分别如下，这些新标准将于2021年6月1日起开始实施。 作为决定3D打印技术发展进程的一项重要因素，3D打印材料的地位逐渐提高。随着3D打印技术的一步步普及，对于材料的需求也在飞速上涨。据悉，目前3D打印材料在3D打印行业中的市场规模占比约为24.1%，结合3D打印行业的整体市场规模，可以测算出全球3D打印材料市场规模。2017-2019年，全球3D打印材料市场规模逐年上升，2019年全球3D打印材料市场销售规模为28.8亿美元。 近年来，我国3D打印市场应用程度不断深化，在航空航天汽车、船舶、核工业、模具等领域均得到了越来越广泛的应用。3D打印技术已经成为航空航天等领域直接制造机修复再制造的重要技术手段。在汽车、船舶、核工业、模具等领域成为产品设计、快速原型制造的重要实现方式。 2017-2020年，我国3D打印产业规模逐年增加，增加速度要略快于全球整体增速，以致于我国3D产业占全球的比重在不断增加。根据2020年3月赛迪顾问发布的《2019年全球及中国3D打印行业数据》，2019年，中国3D打印产业规模为157.5亿元，较上年增加31.1%。 市场结构：非金属材料占主导 2019年，中国3D打印材料产业结构中，非金属材料产业规模25.38亿元，占比最高，达到62%;金属材料产业规模15.56亿元，占比38%。 根据IDC的对3D打印材料调查数据，2018年金属耗材占比为39.4%，低于塑料的40.4%，主要由于金属打印的产业化正处于快速扩张阶段，设备端的增长领先于材料消耗的增长。非金属3D打印通常使用塑料、树脂材料等，金属3D打印通常使用各类合金粉末和线材。 相比传统制造模式，非金属3D打印的优势主要在于无模化和可定制，但受限于材料性能，其主要用于样品和模具的生产，量和价都很难起来;而金属3D打印除了具备无模化可定制优势外，在打印效率和打印质量上相比传统金属加工工艺均有较为明显的提升，甚至能够完成传统工艺无法制造的高复杂度高精密度零部件的打印，具有更大的发展潜力。 竞争格局：国外产业化进程远超国内 我国3D打印材料市场主要由国内大型公司和国外3D打印材料公司占据，从材料产品种类来分，可以分成金属粉末材料、光固化树脂、线材和非金属材料。下面为我国3D打印材料市场中主要的国内外公司： 根据前瞻对公开信息的整理，2019年-2020年全球3D核心材料相关事件仍以工程塑料为主、金属材料为辅。从全球3D打印材料的事件来看，国外的3D材料研发机构广泛，覆盖军方、大学和企业，而中国的3D打印材料研发仍集中在科研院所端，产学平台暂未建立。 发展趋势：3D金属材料欲乘风起 众所周知，塑料材料一直朝着高强度方向发展，通过增强塑料强度用来直接替换金属用于各类复杂构件，既便宜又质轻，从而使塑料材料在3d打印制造中被广泛应用。此外，塑料材料还可以避开缺陷向复合化、功能化方向发展，特别是实现多元材料复合，进而赋予塑料特定功能。 例如，通过3d打印技术制造工艺复杂的智能材料、光电高分子材料、光热高分子材料、光伏高分子材料及储能高分子材料等新材料;利用生物塑料的生物相容性向医学人体组织发展，3d打印在细胞、软组织、器官及骨骼等方面仍具有巨大应用空间，尤其在组织工程应用中具有独特优势。 可以预见，在今后10 年内，塑料材料将仍将是不可或缺的3D打印材料，同时麦肯锡公司(McKinsey & Company)发布的一份报告指出，金属3d打印的市场价值将在未来15年内飙至100亿美元。航空航天产业为例，金属3D打印能满足其对于结构设计、材料和制造工艺的需求，在保证性能的前提下能大幅减轻零部件质量，同时还能有效缩短零部件的制造流程。 金属 3D 打印工艺中金属粉末质量是影响最终打印部件结构及性 能的关键因素之一，目前国内制粉水平接近国外但仍有差距。金属粉末质量越好，粒径越小，其打印出的产品致密性、机械性能越好。 2013年国外公司3D Systems制出的粉末粒径为6-9μm，国内钢研高纳2019 年生产粉末粒径为 10μm。铂力特公司建成的粉末生产线，可用于其 自制的 3D 打印设备，提高打印产品质量。根据铂力特招股书，其研制粉末粒径最低为 20μm 左右，与国内外先进公司有一定差距。 金属增材制造技术发展中有三个重要的因素，设备、材料和工艺，国内目前在这三方面还有提高的空间。为了扩大3D打印技术的应用规模，金属增材制造技术正在朝着低成本、大尺寸、多材料、高精度、高效率方向发展。 3D打印的快速增长主要依赖于建筑、工业机械、汽车，航空航天、牙科和医疗产业的增长。3D打印技术的发展，材料是一项重要因素。目前塑性粉末和光敏聚合物材料在3D打印作业中的应用最为广泛。由于3D打印科技工具用方向逐步转向最终产品生产应用，金属打印材料会占有越来越多的市场份额，金属材料份额比重2025年将超过60%。 欢迎转发主编微信：2396747576;硕博千人交流群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.2020年全球3D打印市场规模（设备、材料、服务）发展情况 2.中国财经报：增材制造强力赋能制造强国建设 3.新型材料助力3D打印行业的循环经济之路 4.工艺人员会失业吗？开启金属3D打印，并没有你想得那么难

所有陶瓷零件，无论是传统加工还是3D打印的，都具有微小的缺陷。当应力施加到该区域时，缺陷会变成不受控制的裂纹，从而导致整个零件发生灾难性破坏。将增强材料添加到陶瓷基体中是创建耐缺陷零件的常用方法。 当前主流的陶瓷3D打印工艺无论是熔融沉积、光固化还是粘结剂喷射成型，都需要首先将打印生坯中的聚合物去除（脱脂），然后烧结陶瓷颗粒。而近来，聚合物硅氧烷基树脂的发展使陶瓷3D打印带来了新的发展契机，基于该树脂基体打印的陶瓷生坯，可在高温（700至1100℃）热解循环后直接转化为致密零件，省去了漫长的脱脂和烧结步骤。而研究者所需要考虑的关键因素在于，陶瓷的低固有韧性会在其加工过程中引入缺陷（如气孔、未熔合、层间结合和表面粗糙度），这些缺陷可能会在结构上损害最终的陶瓷组件。 3D打印的陶瓷发动机零件进入窑炉 HRL实验室3D打印的陶瓷复杂形状同时具备极高性能 美国休斯实验室（HRL Labs）在2016年就用3D打印工艺开发了可承受超过1700°C高温、强度是类似材料十倍的新型陶瓷，相关研究被发表于《Science》杂志。自此之后，HRL的团队一直致力于这项技术研究，并于近日在美国陶瓷学会杂志《Journal of the American ceramic society》以封面文章的形式发表最新研究成果，其在自由成形高韧性陶瓷方面获得了材料和工艺上的突破，能够解决陶瓷制造过程中缺陷的产生。 一种新配方，使3D打印可成型的陶瓷厚度和韧性分别提升3倍 HRL研究的挑战在于将增韧解决方案与3D打印过程结合在一起。为了解决陶瓷材料的固有脆性，HRL实验室的团队开发了一种新型的纤维增强陶瓷基复合材料。通过将光引发剂和碳氧化硅（SiOC）材料的混合物引入硅氧烷基树脂，配制了新的陶瓷前驱体。经过热解极端加热过程，3D打印的陶瓷增强前驱体材料可直接转化为碳硅氧化物（SiOC）陶瓷。 研究人员利用Prodways ProMaker L5000工业打印机制造了一系列1.25×2.5×15mm的样品，来进行评估和优化配方。经过大量的表征测试，该团队发现陶瓷颗粒具有非常好的分散性，但打印部件的拉伸强度却不同寻常。 Prodways ProMaker L5000基于DLP工艺 研究发现，较厚的样品比较薄的样品更容易开裂，聚合物在热解过程中会伴有挥发性物质释放，而挥发物必须通过基体扩散才能从自由表面逸出。因此温度分布、样品几何形状和基体扩散系数是防止基体内孔隙形成的重要因素。HRL团队随后确定了可以达到增强水平的“最佳点”。添加过多的增强元素将超过其“填充极限”，零件强度会降低；而添加量不足，则可能使陶瓷开裂。 与此同时，研究团队指出增强体的加入有两个主要作用：随着颗粒浓度的增加，可成型的陶瓷最大壁厚增加了3倍，而且打印的陶瓷韧性也提高了3倍以上，弯曲强度在225-325MPa之间。由于具有与传统加工陶瓷相当的韧性、强度和强度变化性，因此所提出的增材制造方法可自由制造高性能陶瓷定制组件。 通过持续测试，HRL找到了最佳配方 陶瓷3D打印工艺创新 除了那些被大家熟知的陶瓷3D打印工艺之外，一些新的成型方法也在不断涌现。 2020年9月，弗劳恩霍夫陶瓷技术与系统研究所宣布其科研团队开发了一种多材料喷射系统（MMJ），可同时打印金属、陶瓷等多种材料，创建具有组合属性或功能的产品。 荷兰3D打印机制造商Admatec也推出了一种模块化的新型DLP陶瓷3D打印机，该系统的设计满足了熔模铸造行业中生产大型氧化铝零件和二氧化硅核壳结构的需求。 Admatec金属陶瓷一体打印机 2019年，Exone推出X1 160PRO，凭借800x500x400mm的成型尺寸，它成为迄今为止最大的金属粘结剂喷射成型3D打印机。然而值得关注的是，该打印机具有开放式的材料系统，还能够成型多种陶瓷和陶瓷金属复合材料。 在其他工艺方面，基于纳米陶瓷颗粒直接喷射成型的Xjet似乎一直没有迎来竞争对手。通过将分散有纳米陶瓷颗粒的液体喷射在构建平台上，高温使其蒸发，仅留下陶瓷材料薄层，该技术能够生产出具有最佳细节和最高质量的陶瓷增材制造零件。 XJET陶瓷3D打印零件 与金属和聚合物相比，许多陶瓷的极高熔点对增材制造提出了挑战。由于陶瓷不易铸造或机加工，因此3D打印可实现几何灵活性的巨大飞跃。HRL所开发的陶瓷前树脂体系可以使用目前商业化的立体光刻3D打印机进行成型，且零件在热解过程中具有均匀收缩率，最终陶瓷零件内部几乎没有孔隙。这为创建具有复杂形状的高性能陶瓷部件创造了可能。 欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博千人交流群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.航空航天领域应用陶瓷3D打印面临的挑战 2.现在及未来，那些将受益于陶瓷3D打印的行业 3.2019年3D打印材料市场的演变：趋势和机遇（陶瓷金属篇） 4.陶瓷3D打印技术汇总

弗劳恩霍夫IKTS（陶瓷技术与系统研究所）主要从事先进陶瓷的研究，范围涵盖从基础研究到整个陶瓷领域的应用。作为科研和技术服务机构，IKTS致力于开发现代高性能陶瓷材料、定制工业生产工艺，创建原型组件和系统。9月1日，该机构宣布其科研团队开发了一种多材料喷射系统，可同时打印金属、陶瓷等多种材料，以此创建具有组合属性或功能的产品。 多材料喷射系统，可同时打印金属、陶瓷等多种材料 该系统基于其早期开发的热塑性粘合剂喷射工艺，能够对包含多种材料的零件进行增材制造，被称之为多材料喷射或MMJ，该过程可以将不同材料及其各种不同的特性（如导热、导电、绝缘）组合到一个产品中。目前，研究人员一次可以处理多达四种材料，生产具有专门定义属性的高度集成的多功能组件，这为各种应用打开了大门。 首先，要将需要打印的陶瓷或金属粉末均匀分布在热塑性粘合剂中，然后将浆料装入微计量系统（MDS），并在大约100摄氏度的温度下熔化，形成可以以极小液滴形式喷射的物质。IKTS的研究人员还开发了相应的软件程序，确保在制造过程中液滴的精确定位。微计量系统在计算机控制下以高精度运行，液滴逐一精确沉积，打印速度可以达到每秒1000滴以及60毫米。 微计量系统（MDS） 所喷射的液滴尺寸在300-1000μm之间，可形成高度为100-200μm之间的沉积层，当前可以制造的零件最大尺寸为20×20×18厘米。该工艺的关键因素在于金属或陶瓷浆料的定制配方，正确确定剂量是确保3D打印的最终产品在随后的熔炉烧结过程中形成所需性能和功能的关键。 每秒以高达1000滴的速度进行高精度材料沉积 IKTS新的多材料喷射成型系统可用于制造高度复杂的零件，如卫星推进发动机中的陶瓷点火系统。卫星发动机燃烧室温度极高，陶瓷的耐热能力使其成为理想的材料选择，MMJ工艺可用于生产直接集成在发动机内的点火系统。该点火系统将导电和绝缘区域结合在一个非常坚固的部件中。在这种情况下，MMJ工艺需要三个定量给料系统：一个用于在炉内热处理过程中分解的支撑材料，另一个用于导电组件，第三个用于电绝缘组件。 凭借其高精度和灵活性，MMJ系统不仅适用于制造多功能组件，还适用于更多的应用，来满足零件对于不同零件对于强度、导热率和导电率等性能的需求。同时，该系统还可以用来制造硬质合金零件的毛坯件，由于配料系统具有极高的精度，毛坯的轮廓已经非常接近最终产品的轮廓。因此，与常规方法相比，它们只需要很少的后续研磨，这对于用户来说具有极大的吸引力。 金瓷结合：Xjet研发多材料一体打印 同样基于材料喷射技术，Xjet是业内最具代表性的陶瓷、金属材料3D打印厂商。通过将材料的纳米颗粒分散在油墨中，选择性地沉积液滴实现材料成型，经过必要的烧结处理后形成最终零件。采用该技术成型的零件具有其他3D打印工艺难以实现的特征尺寸、表面光洁度和制造精度。 3D打印技术参考曾在去年介绍该公司也在开发将两种材料一体成型的方法。当时，这种一体成型的结构强度非常弱，需要经过完整的后处理。在Xjet纳米颗粒喷射成型工艺中，对生坯打印件进行加热可以去除粘结剂并实现材料最终成型，然而金瓷结合的零件就是在该步骤中存在挑战。 金属-陶瓷一体结构 金属和陶瓷具有不同的烧结温度，如何开发能够成功烧结两种材料的熔炉烧结工艺？一种材料的较高温度要求是否会损坏另一种材料？这是Xjet正在解决的问题，对于Fraunhofer IKTS来说，也是如此。 烧结完成的金属-陶瓷一体结构 如今大多数金属和陶瓷3D打印采用粉末烧结或其他工艺，都难以实现有效的多材料一体成型，而材料喷射技术则正可以弥补这一不足。遗憾的是，截至目前，我们还没能看到Xjet更具体的进展。 基于粉末床SLM技术的多金属混合3D打印 SLM技术如何实现多种材料一体成型？成型后粉末不会混合而污染吗？比利时初创公司Aerosint采用一种新的粉末沉积技术来取代传统的SLS/SLM铺粉方式，实现了两种不同粉末的同时打印。 与大多数材料沉积技术不同，该技术并没有使用复杂的驱动喷嘴，而是通过旋转的转鼓，在构建区域内选择性地沉积粉末材料，达到在需要的位置构建物体的目的。与传统SLM或SLS技术的主要区别也是在于铺送粉技术的不同，其他过程基本类似。 Aerosint多材料粉末沉积设备和技术原理 2020年3月，Aerosint公布了采用多金属粉末材料沉积技术打印的双金属零件—由316L不锈钢和CuCrZr（铜铬锆）混合嵌套、内含1.7mm通道的圆盘组件。该组件直径为55mm，高6.9mm，设置层厚为40微米，打印时间5小时40分钟。 基于粉末床熔融技术的多材料金属打印清粉过程 Aerosint多金属材料打印的零件 多金属的打印同样为功能部件的直接制造提供了可能。未来，将传感器等电子部件直接集成进入装备的预定位置正在成为科研人员努力的目标。 END 从技术的发展情况来看，基于材料喷射/沉积的工艺是目前实现多材料混合3D打印的主要形式，无论是多种树脂成型的polyjet技术、陶瓷/金属复合成型3D打印，还是基于金属粉末的lens或其他材料沉积技术。 而多材料混合3D打印不仅仅是将多种材料简单的复合起来。更为重要的是，与单一材料3D打印相比，它可以一次制造拥有多种功能或物理属性的产品，而不需要再把各种部件组装起来，这将掀起一场前所未有的革命。 注：本文内容来自3D打印技术参考。欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博交流和资料下载群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.现在及未来，那些将受益于陶瓷3D打印的行业 2.基于粉末床激光熔融技术实现多金属混合3D打印 3.欧洲8国21家机构携手推进多材料、多工艺协同金属3D打印 4.全球最大多材料混合增材制造系统发布，可打印金属和树脂

多年来，塑料和金属一直是3D打印业内最主流的材料，陶瓷3D打印技术的应用远没有其他技术那样迅猛。但陶瓷3D打印市场仍然发展迅速，其规模在2017年已经达到9800万美元，到2024年可能超过10亿美元。 此外，据SmarTech分析公司发布的最新《陶瓷快速成型零件生产：2019-2030年》显示，陶瓷3D打印市场将在2025年后迎来一个拐点，届时，一大批公司和行业将受益于该技术。本期，3D打印技术参考介绍的重点就在于这些将受益的行业。 光固化陶瓷3D打印技术的一般流程1.医疗保健医疗行业一直热衷于采用3D打印技术。增材制造的速度和多功能性是从假肢到植入物等一系列医疗应用的理想选择。 传统的医疗植入物制造方式既昂贵复杂，花费时间又很长。3D打印则提供了更加便捷、低成本、个性化的制造优势，而且陶瓷具有类似人体骨骼的多孔表面，在医疗植入方面能够达到更优异的治疗效果。 3D打印的陶瓷医疗植入物 与金属不同，陶瓷没有关于离子释放或腐蚀的争论，它们在软组织和硬组织中都具有长期稳定性。因此，陶瓷材料在制作长期看来尽可能自然的修复体时显示出显著的优势。 除了骨科植入物，牙科是陶瓷3D打印另一个重要的医疗应用。随着美学和性能要求的提高，陶瓷3D打印作为一种解决方案应运而生，可以满足牙科领域的挑战。它提供了新的设计自由度，同时可以克服标准陶瓷工艺的技术局限性。 牙科陶瓷3D打印 2.航空航天 高温陶瓷是一类应用到航空航天领域很有前景的材料：强度高、密度低、高温性能好，可显著减重、提高燃油效率、延长使用寿命，大大降低成本。陶瓷基复合材料（作为高温合金的替代物）以及先进陶瓷（作为飞机或者火箭发动机的高温结构组件）在航空航天领域具有重要的应用潜力。 GE在LEAP系列和GE9X发动机上大量使用陶瓷基复合材料 相比传统工艺，陶瓷3D打印可以更轻松地自定义零件。由于该过程是在添加材料而不是将其切除，因此制作独特的形状并节省昂贵材料的使用并不具有挑战性。对于需要高度专业化组件的航空航天工程，陶瓷3D打印是一项理想选择。 陶瓷基涡轮叶片 美国HRL研究室使用3D打印制造出的超强陶瓷材料不仅拥有复杂的形状，还能耐受超过1700摄氏度的高温。一些成熟的陶瓷3D打印公司则已经制造出了具有复杂结构形状的陶瓷叶片型芯、叶片、叶轮等产品。 3. 能源与电子 当前，电气和电子领域对采用3D打印生产复杂形状和微机电系统以及压电元件，这些难以用其他技术制造的元件越来越感兴趣。陶瓷不仅有助于提高系统的可靠性，它的耐磨性、电绝缘性和刚性机械性能使其能够在恶劣环境中（如熔炉中的传感器）正常工作。3D打印还可以使用多种不同的陶瓷材料，生产具有多功能性的定制陶瓷，从而满足不同的使用需求。 3D打印的无铅陶瓷材料可用于压电器件制造 3D打印的其他属性，例如构建具有定制孔隙率和成分产品的能力，正在促进其在基材制造、电子设备包装和陶瓷绝缘器件中的应用。3D打印的氧化铝已经用于生产电路和天线基板。在天体物理学中，3D打印被用于天线的碳化硅微波馈电喇叭开发，从而提高了通过空间传输的信号信噪比。 具有高质量的3D打印陶瓷产品 在光学和光电子领域，3D打印陶瓷可用于激光、医学成像设备和梯度折射率光学器件，以及滤光片支架、平移台、运动镜/镜头安装架等机械组件的生产。 此外，陶瓷3D打印还可用于生产锂离子电池、固体氧化物燃料电池和核反应堆的组件。 4. 汽车制造 陶瓷的硬度和韧性在汽车制造领域有重要应用，它能很好的平衡各种温度波动、振动，并能在潮湿和各种化学物质的环境下工作。尤其是氧化锆陶瓷，其优势在汽车上发挥的作用淋漓尽致，汽车的发动机、传感器、制动器、减震器等重要装置中都有涉及。 汽车上的高性能陶瓷产品 在汽车发动机舱中，采用3D打印可以生成各种耐热组件，如阀门和燃油泵组件，研究部门还可更方便的对耐热成分进行分析。这些部件可以降低发动机噪音水平，实现更高的效率并减少磨损。 在气体或液体回路中以及在发动机系统中，对存储、密封和滑环的要求特别高。在各种侵蚀性环境中，3D打印的氧化铝和氧化锆陶瓷能够耐高温并具有出色的耐磨性和高弹性。 3D打印的陶瓷产品 在排气阀门的应用中，3D打印的氧化锆陶瓷经受住了传统元件因为寿命短而失效的考验。由于其较低的弹性模量、高强度和耐磨性，出色的表面性能以及与钢相对应的热膨胀系数，氧化锆是3D打印制造排气阀的理想选择。 5. 军事和防御 同航空航天领域一样，国防部门也是陶瓷3D打印的领先采用者之一。陶瓷材料的高比刚度、高比强度以及相对于金属的低密度、高硬度和高抗压强度，使其在大到装甲系统、小到防弹衣上的应用非常广泛。 传统的陶瓷制造方法无法像3D打印那样快速或经济地生产定制零件。增材制造可使国防机构尽快生产出独特而有弹性的陶瓷件。2019年，美国陆军研究实验室就已在鲍鱼壳的启发下开发出了3D打印陶瓷装甲/防弹衣。由3D打印制造的碳化硼和碳化硅材料，具有梯度或内部结构，这是传统陶瓷成型技术无法生产的。 碳化硅陶瓷装甲 除了极强的机械性能外，陶瓷的耐高温性能可用于制造超音速导弹的高温部件。由于与空气的剧烈摩擦，高超声速飞行器的表面会产生极高的温度和压力，因此可以采用高温陶瓷制造整个外壳。3D打印的自由成型能力相比于传统成型技术更可以制造出形状复杂的零件。在上文中我们已经提到美国HRL已经开发出了能耐1700℃的3D打印陶瓷，此举获得美国空军相关部门的合作。 HRL开发的3D打印陶瓷耐高温达1700℃ END 陶瓷3D打印技术的发展在近几年可谓迅速，其背后的主要驱动力是对零件更高耐热性、强度和韧性不断增长的需求将金属推到了性能极限，而工业陶瓷则具有更优异的表现。陶瓷3D打印工艺和材料也更加多样化，此前昂贵的技术正在变得可以承受。 总而言之，陶瓷3D打印技术正在变得日趋成熟，那些最初采用塑料或金属增材制造技术的医疗、能源、汽车等行业，已经开始发展陶瓷3D打印，这也预示着，该技术的市场应用开始初露端倪。 本文来自微信公众号“3D打印技术参考”。谢绝转载至微信以外其他平台。欢迎转发 联系笔者：2396747576;技术交流和资料下载群：867355738；网址：网址： 延伸阅读： 1.陶瓷3D打印技术汇总 2.2019年3D打印材料市场的演变：趋势和机遇（陶瓷金属篇）

导读：航空发动机作为航天飞行器的核心部件，决定发动机关键性能的涡轮叶片成为研究的重中之重。一台航空发动机的推动力与涡轮机前沿进气口温度密切相关，涡轮叶片的承温能力则决定了整台发动机的推动力，而提高涡轮叶片承温能力的方法主要有两种，一种是探索性能更优化更稳定的高温合金，但是受到金属熔点的限制，高温合金的性能已接近极限；另一种是探索具备复杂空心结构的叶片冷却技术。空心结构改进了原始涡轮叶片的冷却方式，这种结构能够有效提高涡轮叶片的承温能力，从而有效提高发动机的工作温度，这种更为高效的气冷方式是目前的研究重点。通过复杂气冷内腔结构改善涡轮叶片散热能力已成为先进发动机制造的关键。 涡轮发动机及空心叶片结构图 对于如此复杂的空心叶片，如何制造便成了最大的难题。传统机加工和锻压的手段加工难度很大，很难形成叶片的内腔形状，并且制造过程中材料的利用率低，制造成本高，费时费力。现在只能采用熔模精铸陶瓷型芯来解决这一难题，而在熔模铸造中，作为形成空心铸件内腔形状的陶瓷型芯，它的性能和质量对铸件生产的合格率和成本起着非常大的影响作用。作为叶片制造技术瓶颈之一的陶瓷型芯，其造型材料和制造工艺的不断改进对于增强陶瓷型芯各项性能十分重要，也一直是空心叶片研究中的关键问题。 目前设计的陶瓷铸造型芯越来越复杂，而通过传统的热压注成型、凝胶注模成型、注射成型等方法存在排蜡时间长、工艺复杂、坯体表面易起皮等问题，且传统方法中模具依然是必不可少的，工艺流程较为复杂。因此急需探寻一种新型的、快捷有效的陶瓷型芯制造方法。 陶瓷3D打印技术的出现便及时的解决了这些问题。Lithoz公司的LCM技术可以实现传统工艺无法完成的高复杂结构陶瓷产品的生产。因此，LCM技术给航空航天涡轮发动机和燃气轮机中的高复杂结构的陶瓷叶片型芯提供完美的解决方案，满足他们日益增长的设计需求。而且，LCM技术可以快速、低成本的实现小批量系列的原型产品的生产。由于该技术无需模具，因此大大缩短了研发-市场阶段的周期。与传统的注射成型制造叶片型芯技术相比，3D打印技术是一种无需模具的生产制造技术。因此3D打印技术可以绕过传统工艺必须的、昂贵而又复杂的模具制造部分。 使用Lithoz的CeraFab8500设备，LithaCore450材料打印的陶瓷叶片型芯 目前，国内外在空心叶片制造中使用比较普遍的主要有硅基和铝基陶瓷型芯。其中，相较于铝基陶芯烧结困难和不易脱芯等问题的存在，硅基陶瓷型芯以热膨胀系数小、稳定性好、表面光洁度高且易于脱芯等一系列优点，而广泛应用于国内外航空工业中。 3D 打印陶瓷叶片型芯的材料LithaCore450是一款由奥地利Lithoz公司自主研发的一种用于3D打印生产陶瓷叶片型芯的硅基材料。 典型的应用有：用来生产单晶镍基合金的涡轮叶片的铸造型芯；定向凝固铸造型芯；等轴铸造型芯。 LithaCore450是一种可以3D打印制备高精度、高细节陶瓷叶片型芯的材料。烧结后的叶片型芯产品具有非常低的热膨胀率、较高的孔隙率、优异的表面质量和优良的洗滤性等优点。另外，Lithoz可以为客户开发定制化的材料，满足客户广泛的合金铸造需求。 Lithoz陶瓷3D打印机 此外，Lithoz最新研发的用于批量打印的CeraFab System S25、S65、S230设备，高精度投影提供高达2560×1600像素的分辨率，横向分辨率高达25微米，保证了打印组件的绝对精度，特别是在微距范围内，最大打印尺寸可达192×120×500mm。可满足客户的不同尺寸的打印需求。 使用Lithoz设备打印的不同尺寸的陶瓷型芯 Lithoz 公司 3D 打印叶片铸造陶瓷型芯关键性能通过 LCM 技术可以打印高精度、高复杂结构的陶瓷叶片型芯。且具有以下特性： 优良的尺寸重复性和公差 最大尺寸可达 500mm 表面光洁度 Ra <3m ，保证合金铸件内部通道的表面质量（可通过优化工艺，提供Ra <2 m的陶瓷型芯）。 高复杂结构，如机翼最薄处可达200 m 模型尺寸与打印产品公差研究LithaCore450 陶瓷叶片型芯是使用 Lithoz 公司的 CeraFab 8500 设备生产的。对铸造型芯进行尺寸检查的结果（下图）显示，其与 CAD 模型的最大偏差为 0.1mm，符合铸造型芯应用的尺寸要求（通常是 0.3 毫米）。 打印模型与原始STL文件尺寸对比 另外，不同生产周期下生产的两个陶瓷型芯的尺寸对比（一个带有支撑结构，一个没有支撑结构）。结果如下图，表明不同批次打印的产品具有+/- 0.05mm 的重复性误差。 不同批次，带有支撑结构和不带有支撑结构铸造型芯的尺寸误差对比 由此可见，使用3D打印技术生产陶瓷型芯非常适合，方便快捷，可以打印极其复杂的结构，且性能参数符合空心叶片铸造的实际需求；目前飞机发动机的主流制造商都已经在使用3D打印技术从事陶瓷型芯的研发生产，航空航天巨头法国赛峰集团已经长期使用Lithoz 陶瓷3D机生产叶片型芯，并于2017年欧洲陶瓷增材会议AM Ceramics上展示了初步的成果。 欢迎转发联系笔者：2396747576;技术交流和资料下载群：867355738；网址：延伸阅读： 1.2019年3D打印材料市场的演变：趋势和机遇（陶瓷金属篇） 2.一篇顶刊配四项美国专利，香港城市大学首创陶瓷4D打印 3.陶瓷3D打印技术汇总

在上期的《2019年3D打印材料市场演变—聚合物篇》中，我们介绍了从高性能热塑性塑料、复合材料到具有特殊性能的专业材料等聚合物材料的发展概况和发展机遇，材料种类的多样化正在为新兴公司和现有材料供应商带来高额回报。材料是增材制造产业链中的关键一环，本期，我们将继续介绍陶瓷和金属3D打印材料市场的演变特点。 陶瓷材料 3D打印陶瓷市场目前还没有聚合物市场那么大，但发展速度令人意外。根据SmarTech Analysis的报告，2020年陶瓷3D打印市场将超过2000万美元，到2029年将超过4.5亿美元。该报告还强调了一个事实，由工业陶瓷或传统陶瓷材料所制造的最终用途零件，其增值效益将有望在中长期内推动用户对硬件和材料的需求。 特别是对于工业陶瓷或高性能陶瓷，此类材料具有先进的机械性能，如极高的强度质量比、耐高温和耐化学性，它们已经用于从航空航天到电子技术的多个高级制造领域，来自这些领域的企业也是3D打印技术的首批采用者。 2018年，以陶瓷和金属纳米粒子喷射（NPJ）技术著称的Xjet公司开发出氧化铝陶瓷，与氧化锆相比，氧化铝具有较高的硬度和强度，但耐磨性较低，在烧制前后易于加工和精炼。 Xjet3D打印的金属-陶瓷一体结构 尽管陶瓷3D打印落后于聚合物和金属3D打印，但陶瓷3D打印技术和相关材料在未来五到十年内具有巨大的发展潜力。 金属材料 金属3D打印材料市场充满增长潜力，据Wohlers Report 2019报告，2018年全球金属3D打印材料市场增长41.9％，达到2.6亿美元，连续五年增长率超过40％。采用金属3D打印的用户数量的稳步增长，推动了对材料多样性和更高材料质量的需求。 ▌金属粉末产量正在上升 近年来，金属3D打印工艺如选择性激光熔化（SLM）、电子束熔化（EBM）、粘结剂喷射和粉末直接能量沉积（DED）等技术，均呈现全面强劲增长趋势，越来越多的材料供应商开始加入该行业，而那些已经加入的材料商正在努力提高生产能力。 2018年的一个重要趋势是许多供应链间的合作和收购，材料供应商的生产能力也在提高，这使得市场上各种合金材料的储量实现增长。市场供应量的提高对材料价值链产生了积极影响，使得规模经济增加，成本降低，并向3D打印应用领域的临界质量迈进。 2009-2018全球金属3D打印材料市值变化（百万） HöganäsAB是世界领先的金属粉末制造商之一，其在德国新建立的雾化工厂专门生产3D打印高纯度镍基、钴基、铁基等金属粉末并销往全球。国内河北敬业集团是传统的钢材生产商，其于2015年开始生产金属3D打印粉末产品，并在2017年实现两公斤粉末卖出一吨钢价格的创举。瑞典先进材料开发商和生产商山特维克开设的钛合金粉末工厂则支持了钛材料3D打印的增长趋势。 目前，无论初创企业还是传统的材料供应商几乎全都受益于金属3D打印快速增长，并得到丰厚回报。 ▌金属材料生产商努力占据增材制造全价值链 除了增加金属粉末产量，许多生产金属3D打印材料的公司还通过战略收购和业务重组来扩大在3D打印价值链中的作用。 今年年初，英国航空航天和汽车公司GKN旗下子公司GKN Additive宣布了一个新的子品牌GKN Additive Materials，该子品牌是与母公司金属粉末制造商GKN Hoeganaes合并而成。这使GKN Additive也拥有了一个子品牌GKN Additive Components，这样一来，该公司就能够整合增材制造工艺和材料，强化增材制造应用，使其成为一个完整的由粉末到零件解决方案的全产业链供应商。 GKN加速从材料到零件的整个过程链的工业化 为了进一步巩固其在增材制造市场中的地位，GKN在10月份还收购了美国3D打印服务提供商Forecast 3D，虽然后者专门从事聚合物3D打印，但此举使GKN拓宽了增材制造的应用范围和领域。通过此次收购，总部位于英国的GKN可以在整个美国市场占有更大的份额，并将开拓全新的业务领域。 除此之外，瑞典山特维克在今年8月出人意料地收购了意大利金属3D打印服务商Beam IT 30％的股份。据该公司称，此举符合其战略目标，即扩大在更广泛的制造业中的存在，该公司希望通过投资增材制造来实现这一目标。 ▌用于增材制造的新型金属材料 所有这些活动都表明金属增材制造行业的快速发展态势，其增长的最终指标是持续的材料开发。众所周知，金属粉末很难开发，认证更是困难，但是也一直在取得进步。 H.C. JX日本矿业金属公司推出了一系列雾化钽、铌3D打印粉末。凭借高熔点、高耐腐蚀性以及高导热性和导电性，这些材料可用于化学加工、能源和其他高温环境行业。雾化的钽、铌粉末具有出色的流动性和高振实密度，“完美”的球形和狭窄的粒度分布，这些都是粉末床熔融工艺所用材料的关键特性。 H.C. JX推出钽、铌3D打印粉末 英国材料商OxMet Technologies开发的专为3D打印工艺设计的耐高温、高强度镍基合金，在900°C的高温下仍具有很高的强度。而目前可用于3D打印的镍基合金（IN 718）在650°C以上会变得不稳定，在涡轮机械组件的使用中存在风险，因此新材料的开发体现出显著的性能改进。 国内，由苏州倍丰吴鑫华研究团队开发的Al250C材料则将目前可用于3D打印的铝合金材料达到了最高水平，其拉伸强度超过600Mpa，屈服强度可达580MPa，延伸率11%，制备的构件在250℃高温下通过了持续5000小时的稳定试验，相当于发动机常规服役25年的要求。这一成就使该材料成为市售最强的铝AM粉末之一。 Al250C拉伸强度与其它铝合金对比 为了推进持续使用资源的循环经济理念，微波等离子技术专家6K采用机加工铣削、车削和其他再生原料生产优质的3D打印金属粉末。将来，6K还计划采用金属打印的支撑结构和废品制造粉末，从而真正实现材料的零浪费。这为增材制造用户提供了一种新方式来管理项目成本和控制供应链，同时还提高了金属增材制造的可持续性。 ▌材料：增材制造产业链的关键一环 材料在使3D打印成为真正的生产技术中起着关键作用。根据捷普最近的一项调查，41%的受访用户认为，引入更好的材料将对鼓励大规模采用3D打印进行生产产生最大的影响。 当前，增材制造产业链的上游企业正在积极响应这种需求，一系列的高级聚合物和特种金属不断面世。如今，材料供应商能够更清楚的识别、优化、制造和回收3D打印材料。同时，我们也看到更多的参与者进入了材料开发的新领域，无论是复合材料、硅树脂还是陶瓷。 虽然，高昂的材料成本仍然是限制3D打印应用的的关键瓶颈之一，但随着需求的增加，材料价格将会不断下降，从量变到质变还需要时间。最终，在大公司和新兴公司的推动下，3D打印材料行业将继续蓬勃发展，而这种上升趋势将在未来几年继续影响整个3D打印行业。 欢迎转发联系笔者：2396747576;工程师技术交流和资料下载QQ群：867355738延伸阅读： 1.3D打印金属材料全球发展态势及国内细分领域应用现状 2.国内空天动力部门对3D打印材料发展的有哪些期待 3.激光成型高温难熔金属材料的种类及应用 4.金瓷结合：Xjet将实现多材料一体打印

作为粘结剂喷射3D打印技术的领导者，ExOne拥有砂型和金属两种成型系统。其最大的砂型打印机成型尺寸达1800 x 1000 x 700 mm，广泛应用于铸造领域。近期，该公司推出了最新的金属3D打印机X1 160PRO，其凭借800 x 500 x 400 mm的成型尺寸成为迄今为止最大的金属粘结剂喷射3D打印机，从而为实现高产量生产带来更强劲动力。本期，3D打印技术参考对该系统进行分析，并对该工艺当前的市场概况进行评论。 ▌基于市场需求的迄今最大成型尺寸的金属打印机 从打印尺寸和批量化制造的角度分析，激光粉末床熔融工艺当前尚无法与粘结剂喷射技术同日而语。而仅从当前现有的金属粘结剂喷射成型技术来讲，Desktop Metal公司的Production系列最大的成型尺寸为750 x 330 x 250 mm，惠普公司为430 x 320 x 200mm，其他品牌如GE的H2等同类型设备的成型尺寸均较小，从而使ExOne继续领衔最大成型尺寸打印机制造商。 ExOne打印的大尺寸金属汽车部件 X1 160PRO总制造量为160升，可以生产大型零件，包括用于汽车、航空航天和国防工业的精密铸造零件。高达10000cm3/小时（取决于材料）的打印速度，为大批量生产带来了可能。多年来，ExOne推出的一系列金属粘结剂喷射系统已经广泛用于航空航天、汽车和国防领域的客户，从而得到了广泛的市场反馈，新推出的大尺寸打印机，也应当是基于市场需求。 ▌关键技术：均一稳定的铺送粉及材料压实工艺，集成工业4.0先进技术 ExOne大尺寸打印机背后的主要推动力之一是其新型的铺送粉系统，它可以分配、铺送和压实粉末，确保粉末均匀分布，这是制备性能一致和可重复高质量零件的关键要素。 据ExOne首席执行官介绍，采用粘结剂喷射技术成型的零件很大程度上与系统铺送粉的质量有关，粉层必须具备一定的压实度，才能减小烧结过程的收缩。而新系统则具有极高的稳定性，使用户可以获得较高的性能可预测性。 ExOne上一代金属打印机M-Flex打印过程 X1 160PRO不仅是一台大型、快速的打印机，同时它也最大程度实现了智能化。该打印机集成了许多工业4.0技术，具有4.0云连接和流程链接功能，这两者均基于西门子MindSphere（基于云的开放式操作系统）开发。智能化使客户能够同时管理多台机器生产，实现质量、进度和无缝的数字制造线程。 ▌开放式的材料系统，可打印金属、陶瓷和复合材料 新型X1 160PRO 3D打印机集成了开放式的材料系统，可以与各种金属和陶瓷粉末一起使用。目前，有六种金属粉末已通过认证，包括316L、304L、17-4PH不锈钢等，另可以打印一些陶瓷和复合材料，ExOne还在不断努力开拓更多的材料种类。实际上，就目前的情况来说，其他品牌的同类型技术，所能打印的金属材料种类远不及此。 ExOne打印的金属零件 此外，用户也可以自行开发适用的材料以及工艺，但需要确保粘结剂能够匹配，确保能够实现稳定生产。ExOne也正在和粉末制造商以及用户一起合作，共同开发成型工艺，如镍基高温合金以及轻质铝合金材料的打印工艺。 拓展阅读 ExOne于1998年即推出了首个商用金属粘结剂喷射系统RTS-300，但由于几年前对粘结剂喷射技术以及金属打印批量化制造提及不多，以及该公司在国内的推广不足，Exone的产品鲜为业内熟知。 近年来，粘结剂喷射技术由于在批量化制造过程中的诸多优势而被广泛重视，被认为是推动工业增材制造的关键技术之一。当前，比较有名的同技术类型设备商还包括GE、Desktop Metal以及惠普，Stratasys也正在加紧相似技术的研发。国内也有公司从事该技术的研发，但从目前的情形看，尚未形成规模。 据IDTechEx预测，到2025年全球将会有37000台粘结剂3D打印设备，这意味着粘结剂3D打印技术将迎来爆发式增长，也表明3D打印技术将开启批量化制造的时代。 注：本期上传内容为ExOne公司三项关于打印机设计的专利，包含打印机整体设计、铺送粉机构设计以及均匀化铺粉的技术等。欢迎转发联系笔者：2396747576;工程师技术交流和资料下载QQ群：867355738延伸阅读： 金属3D打印批量化制造品牌总览 HP Metal Jet和SLM谁更快，更具性价比 金属打印批量化竞争：SLM无支撑系统PK HP与DM 金属粘结剂喷射技术：批量生产须考虑整个工艺链