舍弗勒將推出創(chuàng)新的多材料金屬和陶瓷3D打印系統(tǒng)

舍弗勒集團(tuán)的特種機(jī)械制造部門將在2023年automatica展會(huì)上展示其交鑰匙生產(chǎn)系統(tǒng)產(chǎn)品組合。其中，舍弗勒高精度3D打印生產(chǎn)由金屬和陶瓷組合而成的零部件的獨(dú)特概念將于2024年正式商業(yè)化。

舍弗勒新開發(fā)的多材料 3D 打印系統(tǒng)概念是將增材制造工藝集成到舍弗勒產(chǎn)品制造中的一個(gè)里程碑，該解決方案將允許用戶使用創(chuàng)新的材料組合，將新功能集成到組件和工具中，并在產(chǎn)品和工具的設(shè)計(jì)中提供更高程度的靈活性。

根據(jù)3D科學(xué)谷的市場(chǎng)研究，多材料金屬和陶瓷3D打印具有非凡的價(jià)值，一方面發(fā)揮了3D打印釋放設(shè)計(jì)自由度，成就復(fù)雜形狀的產(chǎn)品的價(jià)值；一方面釋放了金屬和陶瓷的陶瓷去應(yīng)對(duì)高溫和耐磨性的要求，用金屬來應(yīng)對(duì)低溫和延展性的要求。

一般復(fù)合材料中分散相是均勻分布的，整體材料的性能是同一的，但是在有些情況下，希望同一件材料的兩側(cè)具有不同的性質(zhì)或功能，又希望不同性能的兩側(cè)結(jié)合得*，從而不至于在苛刻的使用條件下因性能不匹配而發(fā)生破壞。以航天飛機(jī)推進(jìn)系統(tǒng)中*有代表性的超音速燃燒沖壓式發(fā)動(dòng)機(jī)為例，燃燒氣體的溫度通常要超過2000℃，對(duì)燃燒室壁會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的熱沖擊;燃燒室壁的另一側(cè)又要經(jīng)受作為燃料的液氫的冷卻作用，通常溫度為-200℃左右。這樣，燃燒室壁接觸燃燒氣體的一側(cè)要承受極高的溫度，接觸液氫的一側(cè)又要承受極低的溫度，一般材料顯然滿足不了這一要求。于是，科學(xué)家想到將金屬和陶瓷聯(lián)合起來使用，用陶瓷去應(yīng)對(duì)高溫，用金屬來應(yīng)對(duì)低溫。

用傳統(tǒng)的技術(shù)將金屬和陶瓷結(jié)合起來時(shí)，由于二者的界面熱力學(xué)特性匹配不好，在極大的熱應(yīng)力下還是會(huì)遭到破壞。例如，對(duì)于燃燒室壁，需要在陶瓷和金屬之間通過連續(xù)地控制內(nèi)部組成和微細(xì)結(jié)構(gòu)的變化，使兩種材料之間不出現(xiàn)界面，從而使整體材料具備了耐熱應(yīng)力強(qiáng)度和機(jī)械強(qiáng)度也較好的新功能。

根據(jù)3D科學(xué)谷的市場(chǎng)觀察，關(guān)于金屬與陶瓷的混合打印，之前，德國Fraunhofer研究所就研發(fā)了陶瓷和金屬粉末懸浮液。陶瓷或金屬粉末被混合在一種低熔點(diǎn)的熱塑性粘合劑中，熱塑性粘合劑在80攝氏度時(shí)就會(huì)融化成為液體。在打印過程中，打印機(jī)的電性溫度熔化了粘合劑，并混合著陶瓷或金屬粉末材料以液滴的形式被沉積下來。沉積后液滴迅速冷卻變硬，三維對(duì)象就這樣被點(diǎn)對(duì)點(diǎn)逐漸打印出來。金屬、玻璃或陶瓷粉末材料被均勻的混合在粘合劑中。粘度也是*控制，混入的粉末材料既不能太“稀”也不能太“稠”，這樣打印機(jī)才能進(jìn)行流暢的打印。

根據(jù)3D科學(xué)谷，國內(nèi)*大的羰基鐵粉生產(chǎn)企業(yè)江蘇天一超細(xì)金屬粉末有限公司此前研發(fā)了一種用于3D打印金屬、陶瓷及其復(fù)（混）合材質(zhì)制品水溶型墨水。打印材料是由由水、溶解于水的高分子材料、金屬、陶瓷及其復(fù)（混）合粉末的材質(zhì)材料、助劑組成。通過這種墨水打印出來的成品需要經(jīng)過蒸發(fā)塑化、脫粘、燒結(jié)得到所需要材質(zhì)的制品。

舍弗勒新開發(fā)的多材料3D打印系統(tǒng)概念基于什么樣的設(shè)計(jì)理念，我們還不得而知，但是多材料金屬和陶瓷3D打印的應(yīng)用已經(jīng)走進(jìn)了制造設(shè)計(jì)領(lǐng)域，根據(jù)3D科學(xué)谷的市場(chǎng)研究，目前多材料3D打印已經(jīng)在開啟電動(dòng)機(jī)制造的未來。

其中，一家叫做Grid Logic的公司開發(fā)了一種新穎的金屬打印工藝，*多可使用 7 種材料。包括純銅、鋯石和氧化鋁陶瓷和玻璃。它以純粉末形式沉積，沒有使用粘結(jié)劑，通過熱等靜壓來固化材料以獲得高密度。

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