莊信萬(wàn)豐建立的陶瓷3D打印工廠為哪般？

一些世界上最成熟的化學(xué)品公司已經(jīng)開(kāi)始投資于3D打印，因?yàn)樵摷夹g(shù)為先進(jìn)材料提供了新穎的應(yīng)用機(jī)會(huì)。例如，巴斯夫與HP和Essentium Materials的合作，巴斯夫還將很快開(kāi)設(shè)自己的3D打印子公司，而SABIC-沙特基礎(chǔ)已經(jīng)通過(guò)與3D打印廠商的材料合作進(jìn)入了增材制造領(lǐng)域。

根據(jù)英國(guó)化學(xué)巨頭莊信萬(wàn)豐（JM），他們從八年前就開(kāi)始研究不同的增材制造技術(shù)，最終推動(dòng)了陶瓷粘合劑噴射技術(shù)的興趣。最終莊信萬(wàn)豐將重心放在了粘合劑噴射陶瓷3D打印技術(shù)上。作為陶瓷增材制造努力的一部分，并且宣布建立了一家新的陶瓷增材制造工廠。

莊信萬(wàn)豐進(jìn)入到陶瓷3D打印領(lǐng)域可以說(shuō)是水到渠成，莊信萬(wàn)豐在涂料材料、催化材料方面擁有核心競(jìng)爭(zhēng)力，是精細(xì)化工及催化劑部門是精細(xì)化學(xué)品、催化劑及其他特種化學(xué)品產(chǎn)品及服務(wù)的全球供應(yīng)商。所以說(shuō)3D打印陶瓷材料是莊信萬(wàn)豐核心實(shí)力的延伸。

粘合劑噴射3D打印被證明適合陶瓷制造，原因很多，包括3D打印可實(shí)現(xiàn)的孔隙度和柔韌性特征：
-可以生產(chǎn)多孔產(chǎn)品
-允許材料靈活性
-尺寸限制不高
-比其他增材制造技術(shù)更容易規(guī)模化、更便宜和更快

通過(guò)3D打印制造的帶毛孔的陶瓷正是莊信萬(wàn)豐所需要的，這提供了表面功能化的基礎(chǔ)。莊信萬(wàn)豐正在擴(kuò)大工藝流程，并建立了一個(gè)試點(diǎn)工廠，安裝了最新的設(shè)備，以便實(shí)現(xiàn)規(guī)模制造。

作個(gè)完整的解決方案，莊信萬(wàn)豐實(shí)際上會(huì)生產(chǎn)所有的組件。莊信萬(wàn)豐有針對(duì)后處理的整套定制設(shè)備，通過(guò)將后處理與加工一體化使得整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。

莊信萬(wàn)豐還宣布建設(shè)一個(gè)新的關(guān)于陶瓷增材制造的研發(fā)實(shí)驗(yàn)室。新實(shí)驗(yàn)室將使莊信萬(wàn)豐能夠更好地了解3D打印，表征粉末和油墨，以便為客戶提供更快的開(kāi)發(fā)和更有效的解決方案。目前莊信萬(wàn)豐可以生產(chǎn)特征尺寸精細(xì)至400μm的陶瓷產(chǎn)品，這是一種經(jīng)濟(jì)高效的解決方案，可用于規(guī)模生產(chǎn)小而復(fù)雜的陶瓷件。

新的研發(fā)實(shí)驗(yàn)室位于英國(guó)Royston，其設(shè)備包括：
-QiCPic圖像分析傳感器，能在類似于“使用”環(huán)境的干燥環(huán)境中同時(shí)測(cè)量粒徑分布和形狀。

-Freeman FT4，一種先進(jìn)的設(shè)備，允許7種不同的測(cè)試類型，從而分析21種不同的粉末特性。

-PixDro噴墨打印機(jī)，所有研發(fā)原型和試驗(yàn)工廠里都安裝了相同的打印頭系統(tǒng)。

-Mixer轉(zhuǎn)矩流變儀，可以測(cè)量粉墨之間的相互作用。

陶瓷的3D打印技術(shù)可以說(shuō)是各有千秋，根據(jù)市場(chǎng)研究，當(dāng)前市面上研發(fā)的技術(shù)基本都將陶瓷粉末與一種塑料粘合劑混合。

與熱熔塑料混合

2016年，德國(guó)Fraunhofer陶瓷技術(shù)和IKTS 系統(tǒng)研究所研發(fā)了一項(xiàng)3D打印新技術(shù)，不僅可以打印骨科植入物、假牙、手術(shù)工具等醫(yī)療產(chǎn)品，還可以打印微反應(yīng)器這樣非常復(fù)雜、微小部件。Fraunhofer研究所研發(fā)的這項(xiàng)3D打印技術(shù)可打印的材料是陶瓷或金屬粉末懸浮液。陶瓷或金屬粉末被混合在一種低熔點(diǎn)的熱塑性粘合劑中，熱塑性粘合劑在80攝氏度時(shí)就會(huì)融化成為液體。在打印過(guò)程中，打印機(jī)的電性溫度熔化了粘合劑，并混合著陶瓷或金屬粉末材料以液滴的形式被沉積下來(lái)。沉積后液滴迅速冷卻變硬，三維對(duì)象就這樣被點(diǎn)對(duì)點(diǎn)逐漸打印出來(lái)。陶瓷粉末材料被均勻的混合在粘合劑中。粘度也是精確控制，混入的粉末材料既不能太“稀”也不能太“稠”，這樣打印機(jī)才能進(jìn)行流暢的打印。

Fraunhofer打印的陶瓷微反應(yīng)器，包含了眾多復(fù)雜的微型通道以及兩根液體連接管。微反應(yīng)器中的復(fù)雜結(jié)構(gòu)以及反應(yīng)器內(nèi)部、外部的密封性對(duì)傳統(tǒng)技術(shù)挑戰(zhàn)極大，而通過(guò)陶瓷3D打印技術(shù)，可以制造出一個(gè)整體式的反應(yīng)器。從這項(xiàng)技術(shù)中受益的不僅是醫(yī)生，還包括制藥行業(yè)和化工行業(yè)，這些行業(yè)將應(yīng)用微反應(yīng)器進(jìn)行工藝開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)。使用3D打印技術(shù)制造少量的微反應(yīng)器不僅成本低，而且安全性高。

與光敏樹(shù)脂混合

使用Lithoz的CeraFab 7500機(jī)器（一種基于光刻的增材制造系統(tǒng)）將陶瓷材料與光敏樹(shù)脂混合3D打印出來(lái)，然后通過(guò)燒結(jié)去除樹(shù)脂，將陶瓷顆粒熔合在一起成為固體件。根據(jù)研究人員，這種3D打印的陶瓷芯片顯示了將陶瓷材料用于生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用的潛力，因?yàn)樗鼈儽炔ＡЩ蛩芰暇哂懈�高的�?qiáng)度和更好的耐溫性。3D打印陶瓷微系統(tǒng)可以為更復(fù)雜的細(xì)胞培養(yǎng)測(cè)試裝置提供有效和相對(duì)簡(jiǎn)單的替代方案，有助于推進(jìn)仿生3D細(xì)胞培養(yǎng)研究的進(jìn)步。

氣溶膠
Optomec氣溶膠噴射技術(shù)用于感應(yīng)器的制造是被證明的成熟技術(shù)，之前斯旺西大學(xué)的研究人員就通過(guò)Optomec氣溶膠噴射技術(shù)直接打印應(yīng)變和光學(xué)蠕變傳感器，用在噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮機(jī)葉片表面上。使用激光檢測(cè)系統(tǒng)和光學(xué)測(cè)量的傳感器，研究人員能夠確定一個(gè)組件的蠕變程度在10納米以內(nèi)。打印傳感器的過(guò)程開(kāi)始于用霧發(fā)生器霧化納米銀導(dǎo)電墨水，先是通過(guò)流空氣動(dòng)力學(xué)誘導(dǎo)沉積頭，產(chǎn)生鞘氣環(huán)狀流。通過(guò)噴嘴對(duì)準(zhǔn)基板以同軸流量集中噴射。材料的圖案是通過(guò)數(shù)控命令來(lái)完成的，而在基板保持固定的同時(shí)，沉積頭和基板之間的距離保持不變，以確保的材料準(zhǔn)確的沉積。

油墨沉積后，再經(jīng)過(guò)熱處理，使得傳感器具有正確的導(dǎo)電性和機(jī)械性能。另外局部處理是可能的，使用激光處理工藝，允許使用的材料具有非常低的溫度公差。最終的結(jié)果是高質(zhì)量的薄膜，細(xì)如10納米的邊緣定義帶來(lái)高性能的表現(xiàn)。

2017年，GE渦輪葉片上打印高溫陶瓷傳感器的專利獲批，正是使用了Optomec的氣溶膠噴射3D打印技術(shù)。

納米射流
Xjet的直接3D金屬噴射系統(tǒng)核心技術(shù)來(lái)自于其專利的納米金屬射流技術(shù)，利用納米粒子來(lái)創(chuàng)建特殊的液態(tài)金屬，從而快速打印出金屬零件，該技術(shù)將金屬3D打印的速度和打印量都提升到一個(gè)新的水平，并且可以制造出高精度和高表面光潔度的產(chǎn)品。他們將超細(xì)的納米級(jí)金屬粉末均勻分布在“油墨”中使其“懸浮”成“液態(tài)”，然后再通過(guò)高速的3D打印技術(shù)將其在高溫環(huán)境下打印出來(lái)，由于金屬粉末非常細(xì)，在高溫下產(chǎn)生互相“粘結(jié)”的狀況，從而使得打印出來(lái)的產(chǎn)品具有光滑的表面。

2016年11約，Xjet宣布將金屬打印的技術(shù)“復(fù)制”到陶瓷材料的打印方面上，納米級(jí)別的陶瓷顆粒均勻的“懸浮”在打印“油墨”中，在高溫下粘結(jié)在一起，經(jīng)過(guò)后期的燒結(jié)處理，達(dá)到緊致的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和光潔的表面質(zhì)量。

來(lái)源：3D科學(xué)谷