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弗劳恩霍夫研究所开发多材料喷射系统:陶瓷、金属、聚合物一块来
2020年09月03日 发布 分类:技术前沿 点击量:324
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9月1日,弗劳恩霍夫陶瓷技术和系统研究所(Fraunhofer IKTS)宣布其科研团队开发了一种多材料喷射系统,可以将不同的材料组合成一个单独的附加制造部件。这使得可以创建具有组合属性或功能的产品。新系统可用于陶瓷和金属等高性能材料。

微量加药系统

微量加药系统示意图(Fraunhofer IKTS

逐层打印而不是逐个成型的增材制造技术使得精确定义产品特性并高精度制造成为可能。过去IKTS研究人员开发了基于热塑性材料的多材料喷射(Multi Material Jetting,MMJ)工艺,此次则更进一步,“我们可以一次处理多达四种不同材料”,研究员Uwe Scheithauer说。

系统工作步骤

首先,将制造零件的陶瓷或金属粉末均匀分布在热塑性粘合剂中。以这种方式生产的泥浆被装入微计量系统(MDS),以便开始实际的制造过程。然后,这些泥浆在MDS中在大约100摄氏度的温度下熔化,产生一种可以以非常小的液滴形式释放的物质。IKTS的研究人员还开发了相应的软件程序,以确保在制造过程中液滴的精确定位。微投加系统以高精度、计算机控制的过程运行,将液滴一个一个精确地沉积在正确的位置。这将以每秒高达60毫米和1000滴的速度逐渐累积零件。

多材料喷射系统

多材料喷射系统实物图(Fraunhofer IKTS

该系统的工作液滴尺寸在300至1000μm之间,形成高度在100至200μm之间的沉积层。目前可制造的最大零件尺寸为20×20×18厘米。“这里的关键因素是金属或陶瓷泥浆的定制剂量。正确的配料是确保额外制造的最终产品在随后的炉内烧结过程中具有所需的性能和功能的关键,包括强度、热导率和导电率,”Scheithauer说。

应用举例

系统可用于制造高度复杂的部件,如卫星推进发动机中陶瓷制成的点火系统。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工艺需要三个加药系统:一个用于在炉内热处理过程中分解的支撑材料,第二个用于导电部件,第三个用于电绝缘部件。

MMJ在消费品市场也有很多可以想象的应用,例如一个双色调陶瓷表圈为个人客户一次性生产。此外,它也可以用硬质合金制造零件,由于加药系统的极高精度,坯料的轮廓已经非常接近最终产品的轮廓。因此,与传统方法相比,它们只需要很少的后续研磨。当你在处理碳化物时,这是一个很大的优势。

编译 YUXI


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