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弗勞恩霍夫研究所開發多材料噴射系統:陶瓷、金屬、聚合物一塊來
2020年09月03日 發布 分類:技術前沿 點擊量:179
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9月1日,弗勞恩霍夫陶瓷技術和系統研究所(Fraunhofer IKTS)宣布其科研團隊開發了一種多材料噴射系統,可以將不同的材料組合成一個單獨的附加制造部件。這使得可以創建具有組合屬性或功能的產品。新系統可用于陶瓷和金屬等高性能材料。

 

微量加藥系統示意圖(Fraunhofer IKTS

逐層打印而不是逐個成型的增材制造技術使得精確定義產品特性并高精度制造成為可能。過去IKTS研究人員開發了基于熱塑性材料的多材料噴射(Multi Material Jetting,MMJ)工藝,此次則更進一步,“我們可以一次處理多達四種不同材料”,研究員Uwe Scheithauer說。

系統工作步驟

首先,將制造零件的陶瓷或金屬粉末均勻分布在熱塑性粘合劑中。以這種方式生產的泥漿被裝入微計量系統(MDS),以便開始實際的制造過程。然后,這些泥漿在MDS中在大約100攝氏度的溫度下熔化,產生一種可以以非常小的液滴形式釋放的物質。IKTS的研究人員還開發了相應的軟件程序,以確保在制造過程中液滴的精確定位。微投加系統以高精度、計算機控制的過程運行,將液滴一個一個精確地沉積在正確的位置。這將以每秒高達60毫米和1000滴的速度逐漸累積零件。

 

多材料噴射系統實物圖(Fraunhofer IKTS

該系統的工作液滴尺寸在300至1000μm之間,形成高度在100至200μm之間的沉積層。目前可制造的最大零件尺寸為20×20×18厘米。“這里的關鍵因素是金屬或陶瓷泥漿的定制劑量。正確的配料是確保額外制造的最終產品在隨后的爐內燒結過程中具有所需的性能和功能的關鍵,包括強度、熱導率和導電率,”Scheithauer說。

應用舉例

系統可用于制造高度復雜的部件,如衛星推進發動機中陶瓷制成的點火系統。衛星發動機燃燒室溫度極高,陶瓷的耐熱能力使其成為理想的材料選擇。MMJ可用于生產直接集成在發動機內的點火系統。該點火系統將導電和絕緣區域結合在一個非常堅固的部件中。在這種情況下,MMJ工藝需要三個加藥系統:一個用于在爐內熱處理過程中分解的支撐材料,第二個用于導電部件,第三個用于電絕緣部件。

MMJ在消費品市場也有很多可以想象的應用,例如一個雙色調陶瓷表圈為個人客戶一次性生產。此外,它也可以用硬質合金制造零件,由于加藥系統的極高精度,坯料的輪廓已經非常接近最終產品的輪廓。因此,與傳統方法相比,它們只需要很少的后續研磨。當你在處理碳化物時,這是一個很大的優勢。

編譯 YUXI


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