華科魏青松：高效率噴印3D打印最新進(jìn)展與挑戰(zhàn)

導(dǎo)讀：華中科技大學(xué)快速制造中心與武漢易制合作的鞋模金屬模具噴印整體成型，可以完成結(jié)構(gòu)復(fù)雜、具有薄壁結(jié)構(gòu)和個性化的鞋模開發(fā)，綜合成本為4000元每件，生產(chǎn)周期約為2天。

2019年8月25日，武漢易制科技隆重發(fā)布了粘合劑微滴噴射金屬3D打印機(jī)、宣布彩色3DP 3D打印技術(shù)開源。南極熊3D打印網(wǎng)作為戰(zhàn)略合作媒體見證了這個對于國內(nèi)甚至國際來說，都具有重要意義的發(fā)布會。在會上，華中科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院魏青松發(fā)表了《高效噴印3D打印技術(shù)最新進(jìn)展與挑戰(zhàn)》的報告。

△“微滴噴射金屬3D打印機(jī) ”3DP技術(shù)基本原理：鋪一層粉末材料→打印頭噴出液態(tài)的黏合劑把粉末按照指定位置黏合→再鋪一層粉末材料→再黏合，如此層層堆疊黏合，直到打印出指定的零件毛坯；傳統(tǒng)3D打印技術(shù)是從點(diǎn)→線→面→體，而3DP技術(shù)是直接從線→面→體的成形過程。以前使用石膏粉末材料，現(xiàn)在進(jìn)化成使用尼龍、金屬等粉末材料，即可制造出具有一定性能的零件。對于金屬打印來說，打印出毛坯之后，還需要加熱烘干脫黏合劑、以及高溫?zé)�結(jié)。

△目前砂型噴印打印機(jī)已經(jīng)獲得了較大范圍的應(yīng)用，例如voxeljet，在鑄造方面成本可以降低38%。

△高性能塑料噴印3D打印技術(shù)已經(jīng)初步成熟，惠普采用的Multi Jet Fusion打印技術(shù)，比現(xiàn)有的3D打印快10倍，打印機(jī)價格更低，打印產(chǎn)品的強(qiáng)度也比現(xiàn)有的打印機(jī)要高。

△噴印3D打印聚合物應(yīng)用廣泛，包括醫(yī)療、汽車、鑄造、模具等行業(yè)，相比起來速度更快、成本更低、應(yīng)力更小。

△金屬3D打印機(jī)（高能束）是當(dāng)前增材制造工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域的最熱門技術(shù)，包括SLM、LENS、ESM等高能束。

但是還有很大的缺陷：

加工慢

成本高

一套粉末激光增材裝備的進(jìn)口價格需要400——1000萬元，國產(chǎn)價格也需要200——300萬元。

△隨著噴印3D打印技術(shù)的不斷完善和發(fā)展，已經(jīng)開始逐漸向金屬3D打印領(lǐng)域快速發(fā)展了。2018年，美國把“噴印金屬3D打印”評為“全球十大突破技術(shù)”。GE、HP、Stratasys、Voxeljet等國際3D打印廠商已經(jīng)推出相應(yīng)技術(shù)的金屬機(jī)。

△噴印3D打印金屬的基本原理：鋪一層粉末材料→打印頭噴出液態(tài)的黏合劑大批金屬粉末按照指定位置黏合→再鋪一金屬層粉末材料→再黏合，如此層層堆疊黏合，直到打印出指定的零件毛坯，打印出毛坯之后，還需要加熱烘干脫黏合劑、以及高溫?zé)�結(jié)。Desktop Metal的一款機(jī)器DM Production，具有32768個噴嘴，主要是噴射抗燒結(jié)劑。

△目前，噴印3D打印技術(shù)在多種材料上取得了成功，包括不銹鋼、模具鋼、鈦合金等等。

△噴印金屬3D打印可以有效的降低個性化定制的成本，例如一個個性化定制的高爾夫球桿，傳統(tǒng)cnc加工需要412美元，SLM金屬3D打印需要1000美元，而噴印金屬3D打印技術(shù)只需要73美元將就可以制作完成。

△噴印金屬3D打印可以有效的縮短交貨周期，傳統(tǒng)的mim用模具價格昂貴，而且交貨時間需要10——14周，采用噴印3D打印技術(shù)不到一周就可以交貨。

△噴印金屬3D打印可以改善零件性能，耐磨性增強(qiáng)。

△華中科技大學(xué)快速制造中心2015年開始噴印3D打印技術(shù)的研究，在2018年“SLS與鑄造技術(shù)復(fù)合應(yīng)用成果”獲得國家技術(shù)進(jìn)步二等獎。

△華中科技大學(xué)快速制造中心在噴印3D打印領(lǐng)域取得了很大研究進(jìn)展，溶劑法噴印3D打印鑄造砂型可以有效的避免噴頭堵塞，并且抗拉強(qiáng)度可以的高達(dá)4.75MPa 在精度方面也有極大地提高。

△溶劑法噴印3D打印鑄造砂型可以有效的避免噴頭堵塞

△溶劑法噴印3D打印鑄造砂型在強(qiáng)度方面提高了3倍

△納米陶瓷墨水噴印3D打印陶瓷，可以將陶瓷初坯致密度從37%提高至45%，提升率達(dá)到了18.9%，燒結(jié)件的抗彎強(qiáng)度也提高了158.3%，但是燒結(jié)件的收縮率降低到了8%。

△基于完全毛細(xì)鏈接作用的噴印3D打印金屬，適用粉末廣泛，不需要添加其他材料，初坯精度高，粘結(jié)劑含量少，可以有效的節(jié)約后處理時間。

△致密度最高可以達(dá)到98.37%
維氏硬度最高可以達(dá)到233.78HV

△維氏硬度最高可以打帶65.66HV，

△與武漢易制合作的鞋模金屬模具噴印整體成型，可以完成結(jié)構(gòu)復(fù)雜、具有薄壁結(jié)構(gòu)和個性化的鞋模開發(fā)，綜合成本為4000元每件，生產(chǎn)周期約為2天。

△通過增大成型腔的體積，增加噴空數(shù)量優(yōu)化機(jī)械設(shè)計來提供設(shè)備的工作效率。

△可以開發(fā)多種新型復(fù)合材料，擴(kuò)大噴印3D打印技術(shù)的應(yīng)用面。

△噴印3D打印在創(chuàng)意玩具、醫(yī)學(xué)模型、鑄造、復(fù)雜金屬件有著廣闊的應(yīng)用前景。

很有潛力的應(yīng)用技術(shù)