舍弗勒将推出创新的多材料金属和陶瓷3D打印系统

| 3DScienceValley · 2023/06/28

舍弗勒集团的特种机械制造部门将在2023年automatica展会上展示其交钥匙生产系统产品组合。其中，舍弗勒高精度3D打印生产由金属和陶瓷组合而成的零部件的独特概念将于2024年正式商业化。

多材料金属和陶瓷3D打印系统
© 舍弗勒

多材料3D打印

舍弗勒新开发的多材料 3D 打印系统概念是将增材制造工艺集成到舍弗勒产品制造中的一个里程碑，该解决方案将允许用户使用创新的材料组合，将新功能集成到组件和工具中，并在产品和工具的设计中提供更高程度的灵活性。

面向未来的系统化解决方案
© 舍弗勒

创造非凡价值

根据3D科学谷的市场研究，多材料金属和陶瓷3D打印具有非凡的价值，一方面发挥了3D打印释放设计自由度，成就复杂形状的产品的价值；一方面释放了金属和陶瓷的陶瓷去应对高温和耐磨性的要求，用金属来应对低温和延展性的要求。

一般复合材料中分散相是均匀分布的，整体材料的性能是同一的，但是在有些情况下，希望同一件材料的两侧具有不同的性质或功能，又希望不同性能的两侧结合得完美，从而不至于在苛刻的使用条件下因性能不匹配而发生破坏。以航天飞机推进系统中最有代表性的超音速燃烧冲压式发动机为例，燃烧气体的温度通常要超过2000℃，对燃烧室壁会产生强烈的热冲击;燃烧室壁的另一侧又要经受作为燃料的液氢的冷却作用，通常温度为-200℃左右。这样，燃烧室壁接触燃烧气体的一侧要承受极高的温度，接触液氢的一侧又要承受极低的温度，一般材料显然满足不了这一要求。于是，科学家想到将金属和陶瓷联合起来使用，用陶瓷去应对高温，用金属来应对低温。

用传统的技术将金属和陶瓷结合起来时，由于二者的界面热力学特性匹配不好，在极大的热应力下还是会遭到破坏。例如，对于燃烧室壁，需要在陶瓷和金属之间通过连续地控制内部组成和微细结构的变化，使两种材料之间不出现界面，从而使整体材料具备了耐热应力强度和机械强度也较好的新功能。

根据3D科学谷的市场观察，关于金属与陶瓷的混合打印，之前，德国Fraunhofer研究所就研发了陶瓷和金属粉末悬浮液。陶瓷或金属粉末被混合在一种低熔点的热塑性粘合剂中，热塑性粘合剂在80摄氏度时就会融化成为液体。在打印过程中，打印机的电性温度熔化了粘合剂，并混合着陶瓷或金属粉末材料以液滴的形式被沉积下来。沉积后液滴迅速冷却变硬，三维对象就这样被点对点逐渐打印出来。金属、玻璃或陶瓷粉末材料被均匀的混合在粘合剂中。粘度也是精确控制，混入的粉末材料既不能太“稀”也不能太“稠”，这样打印机才能进行流畅的打印。

根据3D科学谷，国内最大的羰基铁粉生产企业江苏天一超细金属粉末有限公司此前研发了一种用于3D打印金属、陶瓷及其复（混）合材质制品水溶型墨水。打印材料是由由水、溶解于水的高分子材料、金属、陶瓷及其复（混）合粉末的材质材料、助剂组成。通过这种墨水打印出来的成品需要经过蒸发塑化、脱粘、烧结得到所需要材质的制品。

舍弗勒新开发的多材料3D打印系统概念基于什么样的设计理念，我们还不得而知，但是多材料金属和陶瓷3D打印的应用已经走进了制造设计领域，根据3D科学谷的市场研究，目前多材料3D打印已经在开启电动机制造的未来。