莊信萬豐建立的陶瓷3D打印工廠為哪般？

一些世界上最成熟的化學品公司已經(jīng)開始投資于3D打印，因為該技術為先進材料提供了新穎的應用機會。例如，巴斯夫與HP和Essentium Materials的合作，巴斯夫還將很快開設自己的3D打印子公司，而SABIC-沙特基礎已經(jīng)通過與3D打印廠商的材料合作進入了增材制造領域。

根據(jù)英國化學巨頭莊信萬豐（JM），他們從八年前就開始研究不同的增材制造技術，最終推動了陶瓷粘合劑噴射技術的興趣。最終莊信萬豐將重心放在了粘合劑噴射陶瓷3D打印技術上。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。

莊信萬豐進入到陶瓷3D打印領域可以說是水到渠成，莊信萬豐在涂料材料、催化材料方面擁有核心競爭力，是精細化工及催化劑部門是精細化學品、催化劑及其他特種化學品產(chǎn)品及服務的全球供應商。所以說3D打印陶瓷材料是莊信萬豐核心實力的延伸。

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更容易規(guī)模化、更便宜和更快

通過3D打印制造的帶毛孔的陶瓷正是莊信萬豐所需要的，這提供了表面功能化的基礎。莊信萬豐正在擴大工藝流程，并建立了一個試點工廠，安裝了最新的設備，以便實現(xiàn)規(guī)模制造。

作個完整的解決方案，莊信萬豐實際上會生產(chǎn)所有的組件。莊信萬豐有針對后處理的整套定制設備，通過將后處理與加工一體化使得整個生產(chǎn)過程實現(xiàn)自動化。

莊信萬豐還宣布建設一個新的關于陶瓷增材制造的研發(fā)實驗室。新實驗室將使莊信萬豐能夠更好地了解3D打印，表征粉末和油墨，以便為客戶提供更快的開發(fā)和更有效的解決方案。目前莊信萬豐可以生產(chǎn)特征尺寸精細至400μm的陶瓷產(chǎn)品，這是一種經(jīng)濟高效的解決方案，可用于規(guī)模生產(chǎn)小而復雜的陶瓷件。

新的研發(fā)實驗室位于英國Royston，其設備包括：
-QiCPic圖像分析傳感器，能在類似于“使用”環(huán)境的干燥環(huán)境中同時測量粒徑分布和形狀。

-Freeman FT4，一種先進的設備，允許7種不同的測試類型，從而分析21種不同的粉末特性。

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

-Mixer轉(zhuǎn)矩流變儀，可以測量粉墨之間的相互作用。

陶瓷的3D打印技術可以說是各有千秋，根據(jù)市場研究，當前市面上研發(fā)的技術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Fraunhofer陶瓷技術和IKTS 系統(tǒng)研究所研發(fā)了一項3D打印新技術，不僅可以打印骨科植入物、假牙、手術工具等醫(yī)療產(chǎn)品，還可以打印微反應器這樣非常復雜、微小部件。Fraunhofer研究所研發(fā)的這項3D打印技術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的熱塑性粘合劑中，熱塑性粘合劑在80攝氏度時就會融化成為液體。在打印過程中，打印機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。沉積后液滴迅速冷卻變硬，三維對象就這樣被點對點逐漸打印出來。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”，這樣打印機才能進行流暢的打印。

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

與光敏樹脂混合

使用Lithoz的CeraFab 7500機器（一種基于光刻的增材制造系統(tǒng)）將陶瓷材料與光敏樹脂混合3D打印出來，然后通過燒結去除樹脂，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)學應用的潛力，因為它們比玻璃或塑料具有更高的強度和更好的耐溫性。3D打印陶瓷微系統(tǒng)可以為更復雜的細胞培養(yǎng)測試裝置提供有效和相對簡單的替代方案，有助于推進仿生3D細胞培養(yǎng)研究的進步。

氣溶膠
Optomec氣溶膠噴射技術用于感應器的制造是被證明的成熟技術，之前斯旺西大學的研究人員就通過Optomec氣溶膠噴射技術直接打印應變和光學蠕變傳感器，用在噴氣發(fā)動機的壓縮機葉片表面上。使用激光檢測系統(tǒng)和光學測量的傳感器，研究人員能夠確定一個組件的蠕變程度在10納米以內(nèi)。打印傳感器的過程開始于用霧發(fā)生器霧化納米銀導電墨水，先是通過流空氣動力學誘導沉積頭，產(chǎn)生鞘氣環(huán)狀流。通過噴嘴對準基板以同軸流量集中噴射。材料的圖案是通過數(shù)控命令來完成的，而在基板保持固定的同時，沉積頭和基板之間的距離保持不變，以確保的材料準確的沉積。

油墨沉積后，再經(jīng)過熱處理，使得傳感器具有正確的導電性和機械性能。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。最終的結果是高質(zhì)量的薄膜，細如10納米的邊緣定義帶來高性能的表現(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。

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

2016年11約，Xjet宣布將金屬打印的技術“復制”到陶瓷材料的打印方面上，納米級別的陶瓷顆粒均勻的“懸浮”在打印“油墨”中，在高溫下粘結在一起，經(jīng)過后期的燒結處理，達到緊致的內(nèi)部結構和光潔的表面質(zhì)量。

來源：3D科學谷