FGK研究中心：擴大與AIM3D在陶瓷AM研究方面的合作伙伴關系

3D 打印工藝在玻璃和陶瓷領域越來越重要，可以成為傳統(tǒng)鑄造工藝的一種替代方法。自 2021 年以來，位于 Hoehr-Grenzhausen 的 FGK（Forschungsinstitut für Glas/Keramik）一直在使用AIM3D 的 ExAM 255 CEM 3D 打印系統(tǒng)進行研究。增材制造在評估陶瓷試樣中具有時間和成本優(yōu)勢，它還支持更多的材料組合，比如技術陶瓷等。



CEM工藝作為一種3D打印方法，建立在更傳統(tǒng)的 CIM 工藝（陶瓷注射成型）之上。這種工藝節(jié)省了大量時間并顯著降低了成本，已經應用在原型制作中和材料測試中，可以更快地評估新的陶瓷材料。

陶瓷多組分技術
項目工程師 Murat Demirtas 解釋說：“AIM3D 的CEM工藝的真正魅力在于它的靈活性。ExAM 255 多材料打印機可以使用陶瓷/陶瓷、陶瓷/聚合物或陶瓷/金屬的組合，擴展了多種材料類型，能夠實現(xiàn)功能設計。”

具體來說，可以在單個組件中使用不同陶瓷的組合或其他材料，以獲得某些力學特性和外觀。研究人員還可以先使用CIM工藝生產大型底座，然后使用CEM工藝打印較小的打印組件。


△FGK 的項目工程師 Murat Demirtas 在實驗室評估測試樣本。

用于電絕緣的陶瓷和用于導電的金屬材料也十分具有優(yōu)勢。這允許 MID（多集成設備）方法，提高組件的性能。更改晶粒的尺寸大小可以獲得表面特性，還有某些化學（介質電阻）、電氣（電導率系數(shù)）或熱（耐溫）特性，這得益于混合材料和混合制造解決方案，可以說，使用CEM工藝的3D打印開辟了多種可能性。


△在 ExAM 255 上打印的 Al2O3（氧化鋁）材料

通過 FEA 設計陶瓷組件
3D 組件的設計已經是數(shù)字流程鏈的一部分。3D組件的原始幾何形狀在迭代過程中使用有限元分析 (FEA) 進行優(yōu)化，并連續(xù)模擬組件內的應力區(qū)。此外，由于熱過程導致的陶瓷收縮會造成3D組件的變形，所以3D打印原始模型的設計尤為重要。

拓撲結構也是重要的一環(huán)，可以使用晶格結構來減輕重量，同時保證一定的強度。Murat Demirtas說：“有限元分析工具使設計組件成為可能，使其特別適合所需的應用�！�

3D 打印技術陶瓷的優(yōu)勢
●AIM3D 的 CEM 工藝使用傳統(tǒng)的顆�；蚍勰�，與細絲相比具有很高的成本效益。對于原料，總成本最多可降低10倍。此外，具有不同密度的仿生結構已變?yōu)楝F(xiàn)實，與傳統(tǒng)的 CIM 工藝相比，打印出的部件中的應力也減少了很多。

●在現(xiàn)有技術下，產品可以變得更輕，材料也更少。與銑削或鑄造相比，減少資源消耗是3D打印工藝的明顯優(yōu)勢。此外，3D打印可以實現(xiàn)傳統(tǒng)制造工藝無法生產的幾何形狀，例如特殊底切或仿生設計。

●另一個顯著優(yōu)勢是“一次性技術”方法：即使集成了某些功能，也無需組裝即可連續(xù)構建組件。因此，可以通過再造技術，利用3D打印優(yōu)化傳統(tǒng)組件。FGK 進行的研究包羅萬象：從材料研究，到旨在減少組件應力的拓撲優(yōu)化，再到功能增強和集成，以及表面質量（孔隙率）的定制。


△FGK 能力中心負責人 Marcus Emmel 博士

FGK 的研究



FGK 研究所使用各種工藝技術（包括 CEM 工藝）進行材料分析，目的是進一步開發(fā)陶瓷的性能。該研究所還代表工業(yè)公司提供材料服務和整個過程鏈的咨詢服務。因此，F(xiàn)GK 是原材料生產商、機器制造商和加工業(yè)之間的促進者。

陶瓷部件由于其生物相容性和強度而在醫(yī)療植入物中發(fā)揮重要作用，例如開孔結構特別適合在組織中吸收。具有變密度的結構可節(jié)省材料和重量并產生所需的楊氏模量。陶瓷部件的核心應用領域是技術陶瓷。根據應用的不同，陶瓷溶液可以具有以下特性：耐熱性遠超過 1000 °C、電絕緣、高介電常數(shù)、高耐磨性和耐磨性、硬度可變、熱導率可變、低密度甚至低熱膨脹等。

應用領域包括，例如，加熱元件、火花塞、高壓元件、電子電路、高容量陶瓷電容器、滑動表面、用于激光和水射流切割的噴嘴（切割噴嘴）、泵中的滑動軸承、活塞和氣缸、粉末涂層金屬表面、滾珠軸承、用作切削材料（切削陶瓷）、機械加工、化學工業(yè)中的泵涂層以及醫(yī)療技術中提到的植入物。非技術（傳統(tǒng)）陶瓷也很重要，例如，在實用陶瓷（包括瓷器）、瓷磚或衛(wèi)生用品領域，但是，這些材料通常使用其他大尺寸AM技術處理，例如 LFAM（用于混凝土)、氣動擠壓（用于瓷器和粘土）或粘合劑噴射（用于沙子）。