多材料3D打�,。褐圃旒夹g(shù)新突破

來(lái)源：中國(guó)科學(xué)報(bào)

3D打印制造是目前工業(yè)界技術(shù)發(fā)展的重要趨勢(shì),。近日,，德國(guó)弗勞恩霍夫陶瓷技術(shù)和系統(tǒng)研究所宣稱，他們開發(fā)了一種多材料噴射系統(tǒng),。該系統(tǒng)可一次處理多達(dá)4種材料,，將其不同特性，如導(dǎo)熱,、導(dǎo)電,、絕緣，組合到一個(gè)產(chǎn)品中,。這使創(chuàng)建具有組合屬性或功能的產(chǎn)品成為可能,。

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據(jù)介紹，該系統(tǒng)打印精度在300~1000微米之間,，可形成高度在100~200微米之間的沉積層,，可以制造20×20×18厘米大小的零件。

多材料打印,，高效省時(shí)
3D打印技術(shù)已廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué),、電子、人工智能等領(lǐng)域,，如微型電池,、心跳檢測(cè)器以及微型血管清理機(jī)器人等,。其簡(jiǎn)化制造工序的同時(shí)，也大大縮減了制造成本及時(shí)間,。

北京工業(yè)大學(xué)材料與制造學(xué)部教授趙治介紹,，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，3D打印可以分為兩大類,，一類是先把需要打印的材料調(diào)配好,，再通過(guò)噴嘴將這些材料擠出來(lái)，根據(jù)需要堆疊成合適的形狀并固化,，整個(gè)過(guò)程主要是物理變化,。根據(jù)擠壓堆疊和固化的方式，可細(xì)分為選擇性激光熔化技術(shù)（SLM）,、三維印刷工藝（3DP）,、熔融沉積成型技術(shù)（FDM）等。

另一類是先配好反應(yīng)液,，而后進(jìn)行光照,，利用光化學(xué)反應(yīng)使其從液體變?yōu)楣腆w，通過(guò)改變光照的分布,，控制產(chǎn)品的形貌,，這是個(gè)化學(xué)過(guò)程。趙治說(shuō),，“光照打印的優(yōu)勢(shì)是精度高，理論上可以達(dá)到微米或亞微米級(jí),。同時(shí),，打印速度較快，幾十分鐘就能完成,�,！�

而前者利用噴嘴進(jìn)行打印，受限于機(jī)械加工技術(shù),，精度較差,，速度也更慢，但材料適用范圍更廣一些,。

“不論是哪種技術(shù),，運(yùn)用中都要考慮制備條件、材料和工藝之間的相容性,，要針對(duì)不同的產(chǎn)品功能以及材料特性,，選擇最合適的打印方式�,！碧K州大學(xué)能源學(xué)院教授孫靖宇告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》,。

不同材料條件的統(tǒng)一是關(guān)鍵
與傳統(tǒng)制造業(yè)不同,，3D打印的產(chǎn)品需要一體成型，而產(chǎn)品的各個(gè)部件往往需要承擔(dān)不同的作用,，需要使用多種材料,。如可穿戴設(shè)備就涉及很多材料，需要有柔性材料保證穿著的舒適度,，又需要區(qū)分導(dǎo)體和絕緣體,。

因此，多材料3D打印技術(shù)和設(shè)備為推動(dòng)現(xiàn)代工業(yè)化中大規(guī)模精準(zhǔn)制造提供了可能,。

據(jù)了解,，弗勞恩霍夫研究所的新系統(tǒng)可用于制造高度復(fù)雜的零件，如衛(wèi)星推進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)中的點(diǎn)火系統(tǒng),。由于衛(wèi)星發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒艙的溫度非常高,，需要使用耐熱性良好的陶瓷，同時(shí)導(dǎo)電組件和絕緣組件也要精準(zhǔn)分開,。利用該系統(tǒng),，能夠同時(shí)進(jìn)行這三種材料的打印。

趙治介紹,，目前國(guó)內(nèi)外很多其他技術(shù)也能夠?qū)崿F(xiàn)多材料打印,，但面臨著不少問(wèn)題�,！安煌�材料所需條件不同,，金屬類的材料條件苛刻，往往需要高溫或激光條件,。如果同時(shí)還想打一些比較脆弱的材料,，如在高溫條件下可能會(huì)熔化或分解的高分子類材料，找到統(tǒng)一的條件有一定難度,�,！彼�表示，如果不同材料結(jié)合得不夠好,，仍然難以發(fā)揮作用,。

技術(shù)水平有待觀察
在孫靖宇看來(lái)，材料如何均勻分散是目前3D打印技術(shù),，特別是擠壓堆疊式打印,，必須面對(duì)的難題。

在3D打印的工業(yè)化進(jìn)程中,，通常采用熱塑性黏結(jié)劑來(lái)均勻包覆目標(biāo)材料,，使其分散均勻，但黏結(jié)劑的加入將嚴(yán)重影響所得產(chǎn)品的力學(xué),、光學(xué),、電學(xué)等方面的性能,。另外，熱塑性黏結(jié)劑在打印過(guò)程中需經(jīng)高溫熔化,，這很大程度上限制了可打印活性材料的選擇,，進(jìn)一步限制了3D打印技術(shù)的應(yīng)用范圍。

“因此,，在3D打印發(fā)展過(guò)程中,，需要開發(fā)特種黏結(jié)劑用于目標(biāo)材料。而此次弗勞恩霍夫研究所開發(fā)的多材料噴射系統(tǒng),，可以將陶瓷,、金屬等的熱塑性黏結(jié)劑均勻地混合，做成墨水的結(jié)構(gòu),，并且能精準(zhǔn)定位墨水噴出,，這比較難得�,！睂O靖宇說(shuō),。

趙治認(rèn)為，這種多材料打印系統(tǒng)是個(gè)很好的研究方向,，但工業(yè)應(yīng)用潛力還有待觀察,。“該系統(tǒng)所能實(shí)現(xiàn)的打印精度,，利用機(jī)械加工完全可以達(dá)到,，并且成本更低�,！�