金屬陶瓷復(fù)合3D打印技術(shù)顛覆了梯度材料的工業(yè)制造方式

近日,，奧地利HAGE公司正式宣布HAGE 1750L開源3D打印機可以通過FDM技術(shù)打印金屬陶瓷復(fù)合材料零部件,。梯度復(fù)合材料成為材料領(lǐng)域綻開的一朵新葩，是因為隨著當代高新技術(shù)的飛躍發(fā)展,，引起材料科學領(lǐng)域內(nèi)的不斷變革,，使得各種適應(yīng)高新技術(shù)發(fā)展的新材料應(yīng)運而生,，而梯度材料正是適應(yīng)了這種需要誕生，而HAGE 開源3D打印機突破傳統(tǒng)工藝形成了一種全新的制造方式,。

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)合得完美，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,。以航天飛機推進系統(tǒng)中最有代表性的超音速燃燒沖壓式發(fā)動機為例,，燃燒氣體的溫度通常要超過2000℃，對燃燒室壁會產(chǎn)生強烈的熱沖擊;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,，科學家想到將金屬和陶瓷聯(lián)合起來使用,，用陶瓷去應(yīng)對高溫，用金屬來應(yīng)對低溫,。但是,，用傳統(tǒng)的技術(shù)將金屬和陶瓷結(jié)合起來時，由于二者的界面熱力學特性匹配不好,，在極大的熱應(yīng)力下還是會遭到破壞,。例如，對上述的燃燒室壁,，在陶瓷和金屬之間通過連續(xù)地控制內(nèi)部組成和微細結(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)力強度和機械強度也較好的新功能,。

SDS工藝流程圖

HAGE 通過SDS(Shaping-Debinding-Sintering)工藝實現(xiàn)這種梯度材料的制備,，這種工藝的基本流程和優(yōu)勢如下

1)3D打印原型(Shaping with F3 technology)
2)去除樹脂(Debinding)
3)燒結(jié)(Sintering)
4)最終零件

SDS工藝樣件圖

首先，SDS工藝能輕松獲得梯度材料,。SDS工藝是3D打印與燒結(jié)結(jié)合的一種新工藝,，能制成粉后期可燒結(jié)成型的材料，都可以通過SDS工藝實現(xiàn),，而陶瓷,、金屬完全符合這樣的工藝特點。

其次，打印完成面質(zhì)量高,。零件最終是通過類似MIM的燒結(jié)方式獲得的,，其表面質(zhì)量比傳統(tǒng)的金屬打印相比要好很多。

第三,，性能各向同性,。受傳統(tǒng)3D打印原理的限制，Z方向性能弱于XY平面的性能,。而采用SDS工藝制造出來零部件,，性能各向同性�,？蛻粼谑褂煤驮O(shè)計時也不必再考慮各向異性的問題,，大大提高了3D打印金屬零件的應(yīng)用工況。

最后,，SDS工藝能打印難熔金屬,。對于銅等特殊金屬，此工藝都可以打印,。

1750L 3D打印機參數(shù)

來源：華融普瑞