德国Fraunhofer 陶瓷技术与系统研究所（Fraunhofer IKTS）开发了一种多材料喷射3D打印系统（Multi Material Jetting,MMJ）。MMJ 3D打印技术目前一次最多可打印四种不同的材料，包括金属、陶瓷这样的高性能材料。这一技术能够在一次打印过程中将不同材料整合至一个零件，意味着增材制造零件可以具有多样化的属性和功能，该技术将为高度集成多功能组件的制造打开新的大门。

 多材料、多属性、多功能

    MMJ 3D打印系统所使用的材料为浆料，陶瓷粉末或金属粉末均匀分布在热塑性粘结剂中。打印时浆料被加载到微剂量系统（MDS）中，并在约100摄氏度的温度下融化，产生能够以非常小的液滴释放的物质。

多材料喷射3D打印系统。©Fraunhofer IKTS

       Fraunhofer IKTS的研究人员还开发了相应的软件程序，来确保制造过程中液滴沉积的精确定位。微剂量系统以计算机控制的高精度过程运行，将液滴逐一沉积在正确的位置，逐渐形成逐滴堆积的零件，液滴沉积速度达1000滴每秒，高度达60毫米每秒。液滴尺寸在300至1000μm之间，可形成的沉积层高度在在100至200μm之间。当前可以制造的零件的最大尺寸为20×20×18厘米。

每秒高达1000滴的高精度材料沉积。©Fraunhofer IKTS

  在这一过程中，关键因素是打印浆料的定制配料，确定合适的剂量是确保增材制造的最终产品在随后的熔炉烧结过程中具有所需性能和功能的关键，包括强度、导热率和导电率等性能。

微计量系统示意图。©Fraunhofer IKTS

 应用

     Fraunhofer IKTS表示，新的MMJ 3D打印系统可用于制造高度复杂的零件，例如由陶瓷制成的卫星推进发动机中的点火系统。卫星发动机燃烧室的温度非常高，陶瓷材料具有良好的耐热性，是制造这类组件的理想材料。MMJ 3D打印系统可用于生产直接集成在发动机内的点火系统。该点火系统中的导电和绝缘区域被集成在一个非常坚固的组件中。

在这种情况下，MMJ 3D打印工艺需要三个定量给料系统：一个用于制造组件的支撑材料，在后续的烧结过程中会被分解；另一个用于制造导电组件；第三个用于制造电绝缘组件。

根据 Fraunhofer IKTS，MMJ 系统不仅适用于制造多功能组件，还适用于更多的应用。例如，用于制造硬质合金零件的毛胚，由于3D打印的硬质合金零件已非常接近最终产品的轮廓，因此与传统方法相比需要的后加工更少。

 验证和商业化

   Fraunhofer IKTS 已通过前期项目证明了该技术可以在实践中使用，并且具有可扩展性。下一步他们将验证该技术在工业中的应用。Fraunhofer IKTS还可以帮助行业客户开发过程监控和自动化所需的材料和软件。

Review

    MMJ 技术与更早出现的另外一种基于材料喷射的金属、陶瓷3D打印技术-纳米射流技术颇具相似之处。以色列Xjet公司基于专利的纳米射流技术，开发了两种3D打印系统，一种是陶瓷，一种是金属。

Xjet 陶瓷3D打印技术。来源：3D科学谷

       Xjet3D打印设备中配有喷墨打印系统，包括：能够在打印过程中相对于彼此移动的两个或更多的打印单元；具有一个或多个打印头的打印单元共同形成了头部设置；以及控制器用以控制所述打印单元的移动以在打印过程中动态地改变所述头部设置。该系统每秒钟喷射出上千滴“油墨”，听起来有点像大幅面数码打印以及纺织品的打印，Xjet的特别之处在于其喷射头多次经过相同区域，每次具有小的偏移，使得每个喷嘴在若干略微不同的位置喷射。因此，给定喷嘴所形成的打印区域会与一个或多个其它喷嘴的打印区域重叠。由于相同区域由多于一个的喷嘴打印，因此这些重叠的打印区域可以用来减轻喷射不足或完全不喷射的缺陷喷嘴的影响。因此，使用这种具有重叠打印区域的多次通过式喷射可以使得系统即使在具有若干缺陷喷嘴的情况下仍能够形成高质量的打印。

       纳米射流3D打印技术中的另一关键技术是专有材料。材料是一种纳米级粒子构成油墨，纳米颗粒均匀的悬浮在打印油墨中，在高温下粘结在一起，经过后期的烧结处理，达到紧致的内部结构和光洁的表面质量。

Xjet 开发的其中一种材料也可以面向硬质合金刀具制造。这是一种碳化钨/钴油墨组合物，包括作为载体起作用的液体媒介物，作为亚微米颗粒、纳米粒子的碳化钨(WC)和钴(Co)。钴也可以在油墨中以前驱体的形式存在，例如可溶解的有机钴化合物、盐或络合物。打印完成后，生坯被送去经受烧结过程，在真空和低温度(几百摄氏度)下加热，其中有机材料被除去(脱结合阶段)，随后是在接近于Co的熔点的温度进行的液相烧结。在烧结之后，可达到钨钴硬质合金切削刀具所需要的机械强度和硬度。

      MMJ 3D打印技术将材料喷射工艺拓展至金属、陶瓷等高性能材料的多材料增材制造领域，旨在在同一零件中集成多种材料、多种属性、多种功能。对于该技术为复杂功能集成零件制造带来的影响，以及如何在打印完成后的烧结过程中同时处理多种对烧结温度要求并不相同的材料，

(责任编辑：admin)

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