使用技术材料的多材料 3D 打印具有巨大的潜力。 例如,功能化或功能分级的产品可以在单个过程中以节省资源的方式进行打印。与传统生产路线相比,这显着缩短了工艺链并降低了制造成本。为了将这项有前途的技术商业化,弗劳恩霍夫陶瓷技术和系统研究所 IKTS 的多材料喷射技术开发人员成立了 AMAREA Technology GmbH。在市场上扮演系统开发者的角色,销售印刷技术和新开发的印刷材料。可能性不仅限于技术陶瓷:金属、硬质合金、玻璃、复合材料、金属陶瓷甚至聚合物都可以加工。

使用高性能材料的多材料 3D 打印是增材制造的下一步,自 2014 年以来一直在 IKTS 开发。在此期间,我们获得了丰富的知识和经验。多材料喷射 (MMJ) 技术的潜力已通过令人信服的原型和广泛的工业客户得到成功证明。因此,Steven Weingarten、Lutz Gollmer、Philipp Horn 和 Robert Johne 于 2023 年 2 月在德累斯顿创立了 AMAREA Technology GmbH。截至目前,他们希望将 MMJ 商业化,并将 3D 打印机转移到批量生产。作为 EXIST 研究转移资助计划的一部分,它们得到了 Fraunhofer IKTS 和德国联邦经济事务和气候保护部 BMWK 的支持。

高科技3D打印机的开发和销售以及打印材料和服务是三大业务领域之一。在最新一代的系统中,最多可以安装六个打印头。 这意味着最多可以同时组合六种不同的材料。这些必须相互协调——IKTS 在材料开发领域多年的专业知识在这里发挥作用。近年来,超过 15 种材料和材料组合已符合 MMJ 技术的要求。AMAREA Technology GmbH 正是从这种专业知识中受益。 因此,分拆公司可以为客户提供一种在一次打印作业中制造多材料组件的技术——从打印材料的选择和开发一直到组件设计。IKTS和AMAREA Technology未来将继续紧密合作,进一步推进多材料课题。

增材制造的巨大优势在于创新理念的快速实现、设计自由度和广泛的几何独立性。多材料 3D 打印中材料的多样性意味着现在对创造力的限制更少。 具有特定属性的材料可以通过多材料打印来生产和组合,例如导电和电绝缘、致密和多孔、坚硬和延展、多色甚至磁性和非磁性。通过这种方式,功能化组件或整个组件(例如带有集成传感器或执行器的组件)可以在单个过程中进行打印,并且单个材料不会出现任何交叉污染。通过逐渐组合层内的材料以及具有定义属性的层与层,3D 打印机还能够在组件内创建功能分级的过渡,例如孔隙率。

多材料 3D 打印为制造商提供了比以前更好地根据用户需求定制产品的机会。 通过缩短工艺链,还可以显着减少生产时间和成本,扩大产品多样性,并制造更强大、更坚固的部件或组件。 AMAREA Technology 的目标群体是高性能材料部件的开发商和制造商,这些部件来自电子和半导体技术、特种工具制造、汽车技术及其供应链、珠宝和制表行业、航空航天、医疗技术和 能源技术。 但原型构建和研究机构也可以受益于多材料 3D 打印的优势。

新一代 3D 打印机计划于 2024 年中期推出市场。 模块化系统概念提供了根据客户规格设计 3D 打印机的可能性。该 3D 打印机拥有多达 6 个打印头,因此具有多达 6 种不同的材料,目前可实现 70 至 100 µm 的组件精度。 对于在线过程控制,最多可以集成两个轮廓传感器来自动进行过程参数化,并在未来在打印过程中对组件进行几何测量。即将推出的可选激光模块可在 3D 打印过程中去除材料、抛光或结构化表面,可实现小于 1 µm 的表面光洁度。这消除了对组件进行耗时的后处理的需要。因此,制造商可以在时间和成本方面进一步优化其生产。 其他用于质量保证的人工智能方法未来也将为此做出贡献,例如印刷过程中的缺陷检测和工艺参数的自动调整。

根据组件尺寸和几何形状,增材制造的成功还取决于生产率,即组件的打印速度。目前,每个打印头的速度为 8 至 12 cm3/h。 新一代 3D 打印机的目标是通过智能路线规划实现至少两倍的速度。这意味着专门开发的软件可以确定每个班次的材料应用的最佳路线。 这不仅节省时间,而且节省能源。

作者 gan, lanjie

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