華科魏青松：高效率噴印3D打印最新進展與挑戰(zhàn)

導讀：華中科技大學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、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，華中科技大學材料科學與工程學院魏青松發(fā)表了《高效噴印3D打印技術(shù)最新進展與挑戰(zhàn)》的報告。

△“微滴噴射金屬3D打印機 ”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→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、以及高溫燒結(jié)。

△目前砂型噴印打印機已經(jīng)獲得了較大范圍的應用，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，打印機價格更低，打印產(chǎn)品的強度也比現(xiàn)有的打印機要高。

△噴印3D打印聚合物應用廣泛，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、應力更小。

△金屬3D打印機（高能束）是當前增材制造工業(yè)應用領(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)推出相應技術(shù)的金屬機。

△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、以及高溫燒結(jié)。Desktop Metal的一款機器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。

△華中科技大學快速制造中心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)復合應用成果”獲得國家技術(shù)進步二等獎。

△華中科技大學快速制造中心在噴印3D打印領(lǐng)域取得了很大研究進展，溶劑法噴印3D打印鑄造砂型可以有效的避免噴頭堵塞，并且抗拉強度可以的高達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%，提升率達到了18.9%，燒結(jié)件的抗彎強度也提高了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。

△致密度最高可以達到98.37%
維氏硬度最高可以達到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)多種新型復合材料，擴大噴印3D打印技術(shù)的應用面。

△噴印3D打印在創(chuàng)意玩具、醫(yī)學模型、鑄造、復雜金屬件有著廣闊的應用前景。

很有潛力的應用技術(shù)