陶瓷3D打印技術(shù)在靜態(tài)混合器制備中的應(yīng)用

靜態(tài)混合器是一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單而緊湊的節(jié)能設(shè)備，應(yīng)用在化工等行業(yè)。它的作用類似于一個(gè)液體攪拌機(jī)，但是攪拌機(jī)是依靠旋轉(zhuǎn)的運(yùn)動(dòng)部件實(shí)現(xiàn)液體混合的，而靜態(tài)混合器則是在靜止?fàn)顟B(tài)下的完成液體混合工作的。怎樣在靜止的情況下完成攪拌這種體力活兒呢？ 原來是靜態(tài)混合器內(nèi)部巧妙的結(jié)構(gòu)起到了關(guān)鍵作用。

但是，這種巧妙的內(nèi)部結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，增加了制造的難度。而陶瓷3D打印技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)普通工藝難以實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，用于制備此類復(fù)雜的零部件。本期，3D科學(xué)谷就與谷友們分享一個(gè)陶瓷3D打印技術(shù)制備靜態(tài)混合器內(nèi)部混合單元的案例。


實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的內(nèi)部通道設(shè)計(jì)
靜態(tài)混合器通常由三部分組成：外殼管、管內(nèi)部混合單元和兩端法蘭（或其他連接方式）。靜態(tài)混合器的混合過程是由一系列安裝在空心管道中的不同規(guī)格的混合單元進(jìn)行的。由于混合單元的作用，使流體時(shí)而左旋，時(shí)而右轉(zhuǎn)旋，不斷改變流動(dòng)混合機(jī)方向，不僅將中心流體推向周邊，而且將周邊流體推向中心，從而造成良好的徑向混合效果。與此同時(shí)，流體自身的旋轉(zhuǎn)作用在相鄰組件連接處的接口上亦會(huì)發(fā)生，這種完善的徑向環(huán)流混合作用，使物料獲得混合均勻的目的。

傳統(tǒng)靜態(tài)混合器

由此可見，靜態(tài)混合器管內(nèi)部的混合單元是實(shí)現(xiàn)混合器功能的關(guān)鍵部分。陶瓷材料因具有耐高溫和耐化學(xué)腐蝕的綜合性能，是適合制備混合器混合單元內(nèi)部通道的材料。目前制造中存在的主要困難是，使用高性能陶瓷材料制備內(nèi)部混合單元這種幾何形狀高難度復(fù)雜的產(chǎn)品。

Lithoz公司使用CeraFab7500陶瓷打印機(jī)的光固化（LCM）技術(shù)和氧化鋁陶瓷漿料，制備出了高效的陶瓷管內(nèi)部混合單元。

3D打印的靜態(tài)混合器中的管內(nèi)部混合單元，表面粗糙度可達(dá)0.4μm左右

Lithoz公司的工程師根據(jù)工業(yè)的要求重新設(shè)計(jì)了內(nèi)部混合單元。工程師準(zhǔn)備了多種設(shè)計(jì)方案，從中選擇出可以最優(yōu)化的方案，以實(shí)現(xiàn)盡可能少的流體分散路徑。每種設(shè)計(jì)都是基于各種材料在蜂窩狀結(jié)構(gòu)中可以流過鄰近通道，但又相互分散的原理。通過在總管道中，引入流動(dòng)導(dǎo)向管道之間的鏤空結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)這些設(shè)計(jì)目標(biāo)。

此外，混合單元中的流體通道直徑也可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行調(diào)整。對(duì)于靜態(tài)混合器來說，通道直徑的變化也會(huì)實(shí)現(xiàn)速度的變化，從而導(dǎo)致相對(duì)壓力的變化。管道橫截面積的減少會(huì)使速度增加，壓力較小。較小管道與具有最大直徑的相鄰管道結(jié)合起來，由于通道之間壓力差的存在，材料會(huì)發(fā)生混合。這可以將擴(kuò)散通道和混合成份占用的體積實(shí)現(xiàn)最小化�？梢詫�(shí)現(xiàn)節(jié)能節(jié)省成本，還可以實(shí)現(xiàn)微型系統(tǒng)下的管道設(shè)計(jì)。

其他復(fù)雜3D打印陶瓷零部件

LCM 3D打印技術(shù)實(shí)現(xiàn)的高性能陶瓷復(fù)雜制品的制備工藝，普通工藝技術(shù)是難以實(shí)現(xiàn)的。與該技術(shù)配套的陶瓷材料可以根據(jù)生產(chǎn)需求進(jìn)行開發(fā)，目前該技術(shù)已實(shí)現(xiàn)氧化鋯、氮化硅、磷酸鈣等陶瓷材料的3D打印，除了3D打印靜態(tài)混合器的內(nèi)部混合單元，還可應(yīng)用于打印萃取分離柱、陶瓷型芯、心臟起搏器、手鏈等產(chǎn)品。

來源：3D科學(xué)谷